JP2010122301A - フォーカス制御装置、およびフォーカス制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被写体の中に点光源が存在する場合や、点光源の有無を判定する際に誤って通常の被写体を点光源であると誤判定した場合においても、フォーカスレンズの駆動時間を短く抑え、素早いフォーカシング動作を提供する。
【解決手段】画像内の高輝度領域と低輝度領域の情報に基づいて、最適なフォーカスレンズ稼動範囲を算出し、高輝度領域と低輝度領域の変化量に応じてフォーカスレンズ稼動範囲を連続的に変化しながら、フォーカスレンズを駆動する。
【選択図】図５

Description

本発明は、フォーカス制御装置およびフォーカス制御方法に係わり、特にフォーカスレンズの駆動時間を短く抑え素早いフォーカシング動作ができるフォーカス制御装置およびフォーカス制御方法に関するものである。

監視用カメラやＤＶＤ（Digital Versatile Disc）カメラなどの多くの撮像装置にはフォーカスを自動調整するオートフォーカス（Auto Focus：以下ＡＦと略す）機能が搭載されている。

従来より、撮像装置のオートフォーカスには様々な方式が提案、実用化されている。その中でも撮像素子により撮像された画像信号に処理を施し、画像信号のコントラスト信号を検出するコントラスト検出方式が一般に広く利用されている。

被写体を撮像した時の輪郭部分などに存在する画像信号の高周波成分は、フォーカスが合うほど大きくなる。これは被写体の輪郭部分の明部と暗部の輝度レベル差、すなわちコントラストが大きくなることと同等である。コントラスト検出方式はこの性質を利用するものであり、所望の被写体にフォーカスを合わせるためには画像信号の高周波成分が大きい方向にフォーカスレンズを制御すれば良い。

この検出方式は山登り方式とも呼ばれている。フォーカスレンズを移動させていくとともに、各レンズ位置において撮像された画像信号から高周波成分をＨＰＦ（High Pass Filter）により抽出してＡＦ評価値を算出していくと、正しいフォーカス位置のＡＦ評価値が最もピーク（山の頂点）となるような山特性を示すことによる。

ここでカットオフ周波数の高いＨＰＦの場合は、夜景など点光源のある被写体で安定したＡＦ評価値のピーク値（ＡＦ評価値の山）を得ることができるが、コントラストの低い被写体ではＡＦ評価値の山の傾斜が緩やかになり正確なピント位置（ＡＦ評価値がピークとなるレンズ位置）を得ることが難しい。カットオフ周波数の低いＨＰＦの場合は、コントラストの低い被写体でＡＦ評価値の山を得ることができるが、夜景など点光源のある被写体では擬似山と呼ばれる偽のピークが発生しやすく、正確なピント位置を得ることが難しい。

これに関して、特許文献１は、フォーカスエリア内に高輝度領域と低輝度領域がともに存在すると判定した場合は点光源が存在するものと見なし、ＨＰＦのカットオフ周波数を低い設定から高い設定に変更して合焦精度を向上させる手法を開示している。

また、特許文献２は、夜景のように複数の点光源が現れるような被写体に対しては、撮影された被写界像に占める高輝度画像の割合に応じてＡＦ評価値の補正を行ない、この補正ＡＦ評価値に基づいて合焦点を特定する手法を開示している。

特開２００７−１０８４１２号公報 特開２００５−１２２０１６号公報

図１はフォーカスレンズ位置とコントラスト信号（ＡＦ信号）の関係を示す特性図である。点光源が無い通常の被写体条件では、図１（ａ）に示すように、カットオフ周波数を低く設定し、合焦位置にてＡＦ信号のピーク値を検出してピント合せを行なっている。

ところが、点光源があるような被写体条件では、図１（ｂ）に示すようにカットオフ周波数を低く設定すると点光源の影響により、図１（ｂ）の例１に示すように正しいピント位置の山のピークより周辺の山のピークが大きくなったり、図１（ｂ）の例２に示すように複数の山が発生して正しいピント位置に山のピークが無くなったりして、誤った方向へレンズが駆動されて合焦できない場合がある。その場合は、図１（ｃ）に示すようにカットオフ周波数を高く設定すると、ＡＦ信号の山特性のレベルは小さくなるものの一つの急峻な山特性を得ることができ、合焦できる場合が多い。

しかし、点光源が無い通常の被写体条件にてカットオフ周波数を高く設定してしまうと、図１（ｄ）に示すようにＡＦ信号の山の傾斜が緩やかで小さな山特性となるため、合焦するまでの時間が長くなる、あるいは山のピーク位置を見つけることが困難で正しいピント位置に合焦できない状況が発生してしまう。

前述の通り、点光源が存在する被写体条件においては、カットオフ周波数を高く設定する方がピント合せに好適であり、点光源が存在しない被写体条件においては、カットオフ周波数を低く設定する方がピント合せに好適であるが、被写体に点光源が含まれているかどうかを見分けることが難しい。

一方、被写体に点光源が含まれているかどうかを見分ける技術として、撮像領域内の高輝度領域情報や低輝度領域情報、あるいはその組合せ情報などを用いて点光源の有無を判定する技術が知られているが、点光源が存在すること、あるいは点光源が無いことを確実に判定するのは難しい。

例えば、フォーカスエリア内に高輝度領域と低輝度領域がともに存在すると判定した場合は点光源が存在するものと見なしてＨＰＦのカットオフ周波数を切替える場合、通常の被写体条件においても白色の被写体（あるいは白色に近い被写体）は、カメラが撮像する信号の飽和レベルに近いため、高輝度領域であると誤判定する可能性が高く、また黒色の被写体（あるいは黒色に近い被写体）も同様の理由で低輝度領域であると誤判定する可能性が高い。誤判定が発生すると、被写体条件に適したカットオフ周波数を設定できない場合があり、合焦するまでの時間が長くなる、あるいは最悪の場合は合焦できないことがある。

本発明は以上の課題について考慮したものであり、たとえば点光源が存在する場合や誤って通常の被写体を点光源であると誤判定した場合においても、フォーカスレンズの駆動時間を短く抑え素早いフォーカシング動作ができるフォーカス制御装置およびフォーカス制御方法を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため本発明は、被写体を撮像する撮像装置のフォーカスを制御するフォーカス制御装置であって、前記被写体からの光束を集光するフォーカスレンズ群と、該フォーカスレンズ群を光軸方向に駆動するモータドライバと、前記フォーカスレンズ群からの光束を受光して光電変換し映像信号として出力する撮像素子と、前記映像信号から輝度信号の高周波成分を抽出してコントラスト信号を生成するコントラスト信号生成部と、前記映像信号から輝度信号の高輝度領域を抽出してハイライト信号を生成するハイライト信号生成部と、該ハイライト信号生成部で抽出されたハイライト信号に基づき前記フォーカスレンズ群の駆動範囲を設定し、前記コントラスト信号生成部で抽出されたコントラスト信号に基づき前記モータドライバを制御するオートフォーカス制御部とを備えたことを特徴としている。

また本発明は、撮像する映像信号のフォーカスを制御するフォーカス制御方法であって、所定のフォーカス調整範囲を有するフォーカス調整ステップと、前記映像信号から所定の遮断周波数以上の高周波成分を抽出してコントラスト信号を生成するコントラスト信号生成ステップと、前記映像信号から輝度信号の高輝度領域と低輝度領域を抽出してハイライト信号を生成するハイライト信号生成ステップと、該ハイライト信号生成ステップで生成されたハイライト信号を用いて前記輝度信号の高輝度領域の有無を判定する第１の判定ステップと、該第１の判定ステップでの判定の結果、高輝度領域が有ると判定された場合には、前記ハイライト信号生成ステップで生成されたハイライト信号を用いて前記輝度信号の低輝度領域の有無を判定する第２の判定ステップとを有し、前記コントラスト信号生成ステップの前記高周波成分を抽出するための遮断周波数は、前記第１の判定ステップで高輝度領域が有り第２の判定ステップで低輝度領域が有ると判定された場合には最も高く、前記第１の判定ステップで高輝度領域が無いと判定された場合には最も低く設定され、前記フォーカス調整ステップのフォーカス調整範囲は、前記第１の判定ステップで高輝度領域が有り第２の判定ステップで低輝度領域が有ると判定された場合には最も狭く、前記第１の判定ステップで高輝度領域が無いと判定された場合には最も広く設定されることを特徴としている。

本発明によれば、たとえば点光源が存在する場合や誤って通常の被写体を点光源であると誤判定した場合においても、フォーカスレンズの駆動時間を短く抑え素早いフォーカシング動作ができるフォーカス制御装置およびフォーカス制御方法を実現でき、ユーザに高い品質の画像を提供できるという効果がある。

以下、本発明の一実施例の形態について、監視用カメラに適用した例で説明する。
図２は本発明の一実施例における撮像装置１の全体構成を示すブロック図である。これに基づき全体の動作を説明する。

撮像装置１において、レンズユニット２は、被写体からの光束の変倍を行なうズームレンズ群３、受光光量を調整するための絞り機構４及びピント調節を行なうフォーカスレンズ群５を備えており、被写体の光学像を撮像素子８の受光面に結像する。

またレンズユニット２には、例えばフォトインタラプタなどから構成されるレンズ原点検出回路６及びダイオードなどから構成される温度検出回路７が設けられている。そしてレンズ原点検出回路６は、ズームレンズ群３及びフォーカスレンズ群５のレンズ原点位置を検出し、検出結果を制御上のレンズ原点位置情報として、制御部１９に送信する。このレンズ原点位置情報を基準として、以降はモータドライバ２３、２５に与える信号から相対位置を算出し、その位置情報に基づいてズームレンズ群３及びフォーカスレンズ群５の駆動制御を行なう。

また温度検出回路７は、レンズユニット２近傍の温度を検出し、検出結果をレンズユニット２近傍の温度情報として制御部１９に送信する。この温度情報に基づいてフォーカスレンズ群５のピント位置の温度補正制御を行なう。

撮像素子８は、受光面に結像された被写体の光学像を光電変換し、得られた撮像信号をノイズ除去回路９に送出する。そしてこの撮像信号は、この後、ノイズ除去回路９において所定のノイズ除去処理が施され、自動利得制御回路（ＡＧＣ：Automatic Gain Controller）１０において最適なレベルに増幅され、アナログ／ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ回路）１１においてディジタル変換された後、ディジタル撮像信号としてカメラ信号処理部１２に与えられる。

カメラ信号処理部１２は、供給されるディジタル撮像信号に対し信号変換回路１３において所定の信号処理を施すことにより、ディジタル撮像信号を例えばＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）規格やＰＡＬ（Phase Alternating Line）規格等の所定のテレビジョン方式に準拠した標準的なテレビジョン信号（映像信号）に変換して外部に出力する。またカメラ信号処理部１２は、オートアイリス信号生成回路１４において、かかるテレビジョン信号に基づき現在の撮影映像の明るさ、レンズユニット２の絞り機構４の開き具合及び自動利得制御のゲインなどに応じた信号レベルのオートアイリス信号（ＡＥ信号）を生成し、これを制御部１９に送出する。

さらにカメラ信号処理部１２には、第１のＨＰＦ回路１６Ａ及び第１の積分器１７Ａからなる第１のコントラスト信号生成部１５Ａと、第２のＨＰＦ回路１６Ｂ及び第１の積分器１７Ｂからなる第２のコントラスト信号生成部１５Ｂとが設けられている。第１及び第２のＨＰＦ回路１６Ａ、１６Ｂにおけるカットオフ周波数は被写体の条件、例えば点光源の有無や高輝度／低輝度領域の有無等の判定条件に応じて、設定値を選択できるようにしていることが本発明の特徴の一つである。

次に、図３を用いてカットオフ周波数及びコントラスト信号（ＡＦ信号）について説明する。
本実施例では、図３（ａ）に示すようなカットオフ周波数規定テーブル３０の設定値を用いる。コントラスト信号ＶＦ１は第１のコントラスト信号生成部１５Ａの出力信号を、ＶＦ２は第２のコントラスト信号生成部１５Ｂの出力信号を示す。第１のコントラスト信号生成部１５Ａの有する第１のＨＰＦ１６Ａのカットオフ周波数は、点光源が無い場合は低く（低域）、点光源が有って高輝度領域と低輝度領域の双方がある場合は高く（高域）、点光源が有って高輝度領域しかない場合は双方の間（中域）に設定される。第２のコントラスト信号生成部１５Ｂの有する第２のＨＰＦ１６Ｂのカットオフ周波数は、点光源が有る場合は高輝度領域や低輝度領域の存在に関わらず高く（高域）、点光源が無い場合はやや低く（中域）設定される。カットオフ周波数規定テーブル３０では高域と記された欄が３箇所あるが、カットオフ周波数が同一であることを意味するものではない。中域と記された２箇所の欄についても同様である。

図３（ｂ）のフォーカスレンズ位置に対するＡＦ信号の山特性（例）に示すように、カットオフ周波数が高い（高域）場合は信号レベルが小さく山のピークが緩やかな特性となり、カットオフ周波数が低くなるにつれて信号レベルが大きくなり、山のピークが急峻な特性となる。
図３（ｃ）については後に説明する。先の図２に戻って説明を続ける。

図２のカメラ信号処理部１２は、かかる信号変換処理回路１３により生成されたテレビジョン信号の輝度信号の高周波成分を第１のＨＰＦ回路１６Ａを介して抽出し、これを第１の積分器１７Ａにおいて積分処理することにより、第１のコントラスト信号ＶＦ１を生成する。またカメラ信号処理部１２は、かかる輝度信号の高周波成分を第２のＨＰＦ回路１６Ｂを介して抽出し、これを第２の積分器１７Ｂにおいて積分処理することにより、第２のコントラスト信号ＶＦ２を生成する。

さきに図１（ａ）に示したように、点光源の無い通常の被写体条件では、カットオフ周波数が低い設定での一般的なコントラスト信号は、横軸をフォーカスレンズ位置とした場合に、正しいピント位置で急峻な山特性を示す。そしてカメラ信号処理部１２は、このようにして得られた第１及び第２のコントラスト信号ＶＦ１，ＶＦ２を制御部１９に送出する。なお、この被写体条件では第２のＨＰＦ回路１６Ｂは、第１のＨＰＦ回路１６Ａよりもカットオフ周波数を高く（図３（ａ）の中域）設定されている。

またカメラ信号処理部１２には、第１のハイライト検出回路３２Ａ及び第１の演算器３３Ａからなる第１のハイライト信号生成部３１Ａと、第２のハイライト検出回路３２Ｂ及び第２の演算器３３Ｂからなる第２のハイライト信号生成部３１Ｂとが設けられている。

次に、図４を用いて点光源が存在する時の画像と画素数分布について説明する。図４（ａ）は（ａ−１）に示すように実線部の被写体に合焦して点光源には合焦しない場合であり、撮像素子８の画素につき輝度レベルごとの画素数の分布を（ａ−２）に示す。図４（ｂ）は（ｂ−１）に示すように点光源に合焦して破線の被写体には合焦しない場合であり、撮像素子８の画素につき輝度レベルごとの画素数の分布を（ｂ−２）に示す。一般的には図４（ａ）のように合焦することが望ましい。

図４（ａ−２）（ｂ−２）に示すように、第１のハイライト信号生成部３１Ａのハイライト検出閾値１は高輝度領域を検出できるように高く設定し、第２のハイライト信号生成部３１Ｂのハイライト検出閾値２は低輝度領域を検出できるように低く設定する。また第１及び第２のハイライト検出回路３２Ａ，３２Ｂは、ハイライト検出閾値１及びハイライト検出閾値２の値を検出閾値１＞検出閾値２の関係で自在に変更できるようになされている。

そしてカメラ信号処理部１２は、かかる信号変換処理回路１３により生成されたテレビジョン信号（映像信号）のうちの輝度信号のハイライト検出閾値１よりレベルが高い高輝度の画素数を、ハイライト検出回路３２Ａを介して抽出し、これを第１の演算器３３Ａにおいて積分処理することにより、第１のハイライト検出信号ＨＬ１を生成する。またカメラ信号処理部１２は、同様にかかる輝度信号のハイライト検出閾値２よりレベルが高い高輝度の画素数を、ハイライト検出回路３２Ｂを介して抽出し、次いで第２の演算器３３Ｂにて全画素数からこれを減算することにより低輝度の画素数として抽出し、さらに第２の演算器３３Ｂにおいて積分処理することにより、第２のハイライト検出信号ＨＬ２を生成する。そしてカメラ信号処理部１２は、このようにして得られた第１及び第２のハイライト検出信号ＨＬ１，ＨＬ２を制御部１９に送出する。もちろん第２のハイライト検出信号ＨＬ２は、輝度信号のハイライト検出閾値２よりレベルが低い低輝度の画素数を直接抽出し、さらに第２の演算器３３Ｂにおいて積分処理することにより生成しても良い。

本実施例では、ハイライト検出閾値１より輝度レベルが高い高輝度の画素数に関わるハイライト検出信号ＨＬ１と、ハイライト検出閾値２よりも輝度レベルが低い低輝度の画素数に関わるハイライト検出信号ＨＬ２を用いることで、点光源があっても所望の被写体に合焦させることが一つの特徴である。これについては後に詳しく述べることにし、先に図２の制御部１９に関わる制御方法の説明を行なう。

制御部１９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリ２０などの情報処理部を備えて構成される。制御部１９は、内部メモリ２０に格納されたオートアイリスデータ処理プログラム（ＡＥＰ）２１及びオートフォーカスデータ処理プログラム（ＡＦＰ）２２Ａに基づいて、オートアイリス信号（ＡＥ信号）により認識される現在の撮影映像の明るさ、レンズユニット２の絞り機構４の開き具合及び自動利得制御回路１０のゲインなどに対する評価値であるオートアイリス評価値を算出すると共に、第１又は第２のコントラスト信号ＶＦ１，ＶＦ２の値であるオートフォーカス評価値を取得して処理する。

この際、さきの図３（ｃ）のＡＦ信号切替え（例）に示すように、制御部１９は、レンズユニット２のフォーカスレンズ群５が合焦位置から所定距離以上離れていると判断したとき（つまり、コントラスト信号ＶＦ１の信号レベルが図中の切替え閾値よりも小さいとき）は、第１のコントラスト信号ＶＦ１に基づいてオートフォーカス評価値を取得し、図中の矢印で示すようにコントラスト信号ＶＦ１の信号レベルが大きくなる方向へ山登り動作を行なう。これに対してフォーカスレンズ群５が合焦位置から所定距離以内に位置すると判断したとき（つまり、コントラスト信号ＶＦ１の信号レベルが切替え閾値よりも大きいとき）は、第２のコントラスト信号ＶＦ２に基づいてオートフォーカス評価値を取得し、コントラスト信号ＶＦ２の信号レベルが大きくなる方向へ山登り動作を行なう。つまり第１のコントラスト信号ＶＦ１はオートフォーカス制御の粗調整に用いられ、第２のコントラスト信号ＶＦ２はオートフォーカス制御の微調整に用いられる。

そして、制御部１９は、オートフォーカス評価値に基づいて合焦方向及び合焦位置を検出すると共に、検出結果に基づく第３のモータ制御信号を生成し、これを第３のモータドライバ回路２５に送出する。かくして第３のモータドライバ回路２５は、第３のモータ制御信号に基づいてレンズユニット２のフォーカスレンズ群５をその光軸方向に移動させる第３のモータ２８を駆動制御する。これによりオートフォーカス制御が行なわれる。

また、制御部１９は、オートアイリス評価値と、レンズユニット２のレンズ原点検出回路６からのレンズ絶対位置情報に基づいてズームトレースデータ処理プログラム２２Ｂにて得られる現在のズーム倍率を表すズーム倍率情報と、レンズユニット２の温度検出回路７から与えられるレンズユニット内温度情報と、内部メモリ２０に格納されているトレースカーブデータとに基づいて第１及び第２のモータ制御信号を生成し、これらをそれぞれ第１及び第２のモータドライバ回路２３，２４に送出する。かくして第１のモータドライバ回路２３は、第１のモータ制御信号に基づいて、レンズユニット２のズームレンズ群３をその光軸方向に移動させる第１のモータ２６を駆動制御する。これによりズーム制御が行われる。第２のモータドライバ回路２４は、第２のモータ制御信号に基づいてレンズユニット２の絞りを駆動する第２のモータ２７を駆動制御する。これによりオートアイリス制御が行なわれる。

なお、ズームレンズ群３はズームボタンからの信号やパソコンからの制御コマンドに基づいて制御され、フォーカスレンズ群５はトレースカーブデータや温度情報に基づいて制御される。

さらに制御部１９は、かかるオートアイリス評価値に基づいて、撮像素子８に対する露光時間を増減させるように電子シャッタ２９のシャッタ速度を制御することにより、当該撮像素子８の受光面上に結像される被写体の光学像の光量調整を行なうと共に、当該オートアイリス評価値に基づいて、自動利得制御回路１０におけるゲイン調整を行なう。

本実施例においては、高輝度画素領域と低輝度画素領域の変化情報に基づいて、フォーカス稼動範囲を変化させ、素早いフォーカシングを行なうことを一つの特徴としている。
これを、図４の高輝度から低輝度までの画素数分布の一例を再び用いて説明する。
通常の被写体条件では、全体に占める高輝度画素や低輝度画素の割合は多くはなく、中間輝度の画素数が大部分を占めている。これに対して、点光源がある被写体条件においては高輝度画素の割合が増加するが、図４（ａ）に示すように実線の被写体に合焦し、点光源に合焦していない場合には、著しい増加は発生しない。この時、低輝度画素の割合も著しく増加することはない。

しかしながら、図４（ｂ）に示すように点光源に合焦し狙った被写体がボケてしまった時には、点光源部分の見掛けの大きさが大きくなるため、高輝度画素の割合が著しく増加する。また、画面上に占める高輝度割合の増加に伴い、その高輝度部分の明るさを最適値に合わせようとする露光制御が作用し、点光源の周囲は暗くなってしまう。そのため、低輝度画素の割合も増加する傾向となる。

点光源がある被写体条件における以上のような特性を考慮して、まず第１のハイライト信号生成部３１Ａのハイライト検出閾値１を、合焦時に点光源を高輝度画素として検出できるような高めの輝度レベルに設定する。これにより、ハイライト検出閾値１より輝度が高い高輝度画素が第１のハイライト検出回路３２Ａで検出され、その個数が第１の演算器３３Ａにて積分処理され第１のハイライト検出信号ＨＬ１が生成される。従って、点光源の大きさが大きくなればハイライト検出信号ＨＬ１は大きくなり、点光源の大きさが小さくなればハイライト検出信号ＨＬ１も小さくなる。

同様に、第２のハイライト信号生成部３１Ｂのハイライト検出閾値２を、点光源がある被写体条件において点光源の影響により周囲の被写体が黒くつぶれた画素を検出できるような低めの輝度レベルに設定する。これにより、ハイライト検出閾値２より輝度が低い低輝度画素が第２のハイライト検出回路３２Ｂで検出され、その個数が第２の演算器３３Ｂにて積分処理され第２のハイライト検出信号ＨＬ２が生成される。従って、点光源による影響が大きくなればハイライト検出信号ＨＬ２は大きくなり、点光源による影響が小さくなればハイライト検出信号ＨＬ２も小さくなる。

カメラ信号処理部１２は、このようにして得られた第１及び第２のハイライト検出信号ＨＬ１，ＨＬ２を制御部１９に送出する。

次に制御部１９は、第１及び第２のハイライト検出信号ＨＬ１，ＨＬ２の各々の変化量を算出し、その算出結果に基づいて最適なフォーカス稼動範囲を算出し、また前記した第１及び第２のコントラスト信号ＶＦ１、ＶＦ２のカットオフ周波数を設定する。この処理につき、フローチャートを用いて説明する。

図５は、本発明の一実施例におけるオートフォーカス制御のフローチャートである。この図に基づき述べる。
まずステップＳ５０１で、第１のＨＰＦ回路１６Ａと第２のＨＰＦ回路１６Ｂのカットオフ周波数を設定する。初期値としては点光源が無いと判断された場合の比較的低いカットオフ周波数による設定を用いることとし、図２および図３のカットオフ周波数規定テーブル３０の中から高輝度領域の無い時のテーブルを選択し、コントラスト信号ＶＦ１に関わる第１のＨＰＦ回路１６Ａのカットオフ周波数を低域、コントラスト信号ＶＦ２に関わる第２のＨＰＦ回路１６Ｂのカットオフ周波数を中域の設定とする。

制御部１９はステップＳ５０２で、第１及び第２のハイライト検出信号ＨＬ１、ＨＬ２を取得する。
ステップＳ５０３で、第１のハイライト検出信号ＨＬ１が所定の第１の画素数閾値を超えているかを判定して、高輝度領域が有るか否かを判定する。閾値を超えていない場合には（図中のＮＯ）高輝度領域は無い、すなわち被写体の中に点光源は無いと判断して、ステップＳ５０４で従来のルーチンによりフォーカス稼動範囲が算出される。前記ＨＰＦ回路のカットオフ周波数はステップＳ５０１で設定したもので良いため、このままフローを終了する。

ここで図６を用いて、ズームレンズ３のワイド側からテレ側の間の位置とフォーカスレンズ５の位置について述べながら、説明を続ける。図６はズームレンズ位置とフォーカスレンズ稼動範囲の関係を示す特性図である。図６（ａ）は点光源が無いと判断された場合を示す。ある特定のズームレンズの位置ＡでのNEARリミットからFARリミットまでの距離、すなわちフォーカス稼動範囲をFstroke とすると、
Fstroke（Ａ） ＝ ｆ0 ……（式１）
と表せる。ここで、従来ルーチンでは本発明で述べるような新しいフォーカス稼動範囲の可変制御は行なっていないので、
Fstroke（Ａ） ＝ k * ｆ0 ……（式２）
と表した場合、k＝１である。つまり、ズームレンズの位置に応じて予め規定されている一定のフォーカス稼動範囲が設定される。

次に図５のステップＳ５０３で、第１のハイライト検出信号ＨＬ１が画素数閾値を超えていると判定した場合には（図中のＹＥＳ）高輝度領域が有る、すなわち被写体の中に点光源が有ると判断して、ステップＳ５０５で第２のハイライト検出信号ＨＬ２が所定の第２の画素数閾値を超えているかを判定する。閾値を超えていない場合には（図中のＮＯ）低輝度領域は無い、つまり高輝度領域のみであると判断する。この場合、被写体の中に点光源は存在するものの、フォーカスレンズ位置は比較的正しい合焦点の付近に位置する可能性が高いと判断できる。

ステップＳ５０６で、第１のＨＰＦ回路１６Ａと第２のＨＰＦ回路１６Ｂのカットオフ周波数を設定する。点光源が有るが、フォーカスレンズ位置は比較的正しい合焦点の付近に位置すると判断された場合は、比較的高めのカットオフ周波数による設定が有効であるので、図２および図３のカットオフ周波数規定テーブル３０の中から高輝度領域が有る時のテーブルを選択し、コントラスト信号ＶＦ１を中域、コントラスト信号ＶＦ２を高域の設定とする。

次いでステップＳ５０７で、図２のフォーカス稼動範囲規定テーブル３４の中から高輝度画素用の稼動範囲テーブルを選択する。選択されたフォーカス稼動範囲をFstroke とすると、同様に、
Fstroke（Ａ） ＝ k * ｆ0 ……（式２）
と表せるが、k ＜ １ である。つまり図６（ｂ）に示すように、従来ルーチンで設定されるフォーカス稼動範囲よりは狭いフォーカス稼動範囲が基準となる。

さらに、ステップＳ５０８で高輝度領域の変化量（つまり高輝度画素数の変化）ΔHpixelを用いて稼動範囲を変化させて、フローを終了する。
Fstroke（Ａ） ＝ k * ｆ0 ／ ΔHpixel （k ＜ １） ……（式３）
とし、本計算式に基づいてフォーカス駆動範囲を算出すると良い。

つまり高輝度領域の変化量が大きいということは、点光源による影響でボケが発生している可能性が高いので、フォーカス駆動範囲を狭く設定することが望ましい。（式３）でFstroke（Ａ）がΔHpixelに反比例するようにしたのは一例である。ΔHpixelの増加に伴いFstroke（Ａ）が減少する範囲で他の方法を用いても良い。

なお、フォーカス稼動範囲規定テーブル３４の中の稼動範囲テーブルは、
Fstroke（Ａ） ＝ k * ｆ1 ／ ΔHpixel ……（式４）
として、k ＝ 1 のままとしても良い。つまりｆ1を関数として、ズームレンズ位置に対応したNEARリミット／FARリミットの基準テーブルを、別の相関関係で設定しても良い。

次にステップＳ５０５で、第２のハイライト検出信号ＨＬ２が画素数閾値を超えている場合には（図中のＹＥＳ）低輝度領域が有る、すなわち被写体の中に点光源が有ることに加えて、画面上に点光源の占める割合が大きい（例えば点光源の数が多い）、あるいは点光源の影響によりフォーカスレンズ位置が正しい合焦位置から離れている（画面上はボケが発生している）可能性が高いと判断できる。このような場合は、オートフォーカス評価値の山特性として擬似山が発生するなど特異な山形状となる可能性が高い。

次にステップＳ５０９で、第１のＨＰＦ回路１６Ａと第２のＨＰＦ回路１６Ｂのカットオフ周波数を設定する。点光源が有ることに加えてその影響も非常に大きいと判断した場合には、より高いカットオフ周波数による設定が有効であるので、図２および図３のカットオフ周波数規定テーブル３０の中から高輝度／低輝度画素用のテーブルを選択し、コントラスト信号ＶＦ１、コントラスト信号ＶＦ２ともに高域の設定とする。この時、カットオフ周波数規定テーブル３０の中にさらに高域の設定値を設け、コントラスト信号ＶＦ２をその設定にしても良い。

次いでステップＳ５１０で、図２のフォーカス稼動範囲規定テーブル３４の中から、高輝度／低輝度画素用の稼動範囲テーブルを選択する。選択されたフォーカス稼動範囲をFstroke とすると、同様に、
Fstroke（Ａ） ＝ k * ｆ0 ……（式２）
と表せるが、k ＜＜ 1 である。図６（ｃ）に示すように、図６（ｂ）で設定されるフォーカス稼動範囲よりさらに狭いフォーカス稼動範囲となる。

次いでステップＳ５１１で、高輝度領域及び低輝度領域の両方を考慮した変化量をΔHLpixelを用いて稼動範囲を変化させて、フローを終了する。
Fstroke（Ａ） ＝ k * ｆ0 ／ ΔHlpixel （k ＜＜ １） ……（式５）
とし、本計算式に基づいてフォーカス駆動範囲を算出すると良い。

この時、低輝度領域の変化量を ΔLpixel とすると、
ΔHLpixel ＝ ΔHpixel ＋ ΔLpixel ……（式６）
である。つまり、高輝度領域の変化量に加えて低輝度領域の変化量も大きいということは、点光源によってボケが発生している可能性がさらに高いので、フォーカス駆動範囲をより狭く設定することが望ましい。

なお、フォーカス稼動範囲規定テーブル３４の中の稼動範囲テーブルは、
Fstroke（Ａ） ＝ k * ｆ2 ／ ΔHLpixel ……（式７）
としてｆ2を関数として別の相関関係のテーブルを設定し、k ＝ 1 のままとしても良い。また、高輝度領域及び低輝度領域の両方を考慮した変化量は、
ΔHLpixel ＝ ΔHpixel ／ ΔLpixel ……（式８）
として、両者の比率として取得しても良く、例えば高輝度領域の変化量や低輝度領域の変化量に応じて、算出方法を切替えても良い。
以上のように算出した結果に基づいてＨＰＦ回路のカットオフ周波数を設定し、フォーカス稼動範囲を設定することで、目的とした被写体に素早く合焦できるようにしている。

制御部１９は、オートフォーカス評価値に基づいて合焦方向及び合焦位置を検出すると共に、検出結果に基づく第３のモータ制御信号を生成し、これを第３のモータドライバ回路２５に送出する。かくして第３のモータドライバ回路２５は、第３のモータ制御信号に基づいてレンズユニット２のフォーカスレンズ群５をその光軸方向に移動させる第３のモータ２８を駆動制御し、正しいピント位置に近づいていく。

この時、オートフォーカス評価値に基づいた合焦方向及び合焦位置を検出する前に制御上の端点に到達した場合は、制御部１９は検出結果に基づいて駆動を反転させる第３のモータ制御信号を生成し、これこれを第３のモータドライバ回路２５に送出するため、正しいピント位置の方向へ動き出すことになる。

なお上述の実施の形態においては、第１のハイライト検出信号ＨＬ１が画素数閾値を超えていることを検出し、すなわち被写体の中に点光源が有ると判断した場合に、第２のハイライト検出信号ＨＬ２による判定を実施せずに、フォーカス稼動範囲規定テーブル３４の中から高輝度画素用の稼動範囲テーブルを選択し、高輝度領域の変化量（つまり高輝度画素数の変化）に応じてフォーカス駆動範囲を算出しても良い。あるいは、高輝度領域の変化量に応じて高輝度画素用の稼動範囲テーブルから高輝度／低輝度画素用の稼動範囲テーブルへの切替えを行ない、再び高輝度領域の変化量に応じてフォーカス駆動範囲を算出しても良い。

また上述の実施の形態においては、フォーカス稼動範囲規定テーブル３４の中から選択した稼動範囲テーブルの情報と、高輝度／低輝度領域の変化量の情報に、ズームレンズの位置情報を加えて、ズームレンズ位置に応じてさらに変化するようにフォーカス駆動範囲を算出しても良い。
Fstroke（Ａ） ＝ k * ｆ0 ／ ΔHLpixel ……（式９）
また上述の実施の形態においては、フォーカス稼動範囲規定テーブル３４の中から選択した稼動範囲テーブルの情報と、高輝度／低輝度領域の変化量の情報に基づいてフォーカス駆動範囲を算出する代わりに、駆動速度を算出しフォーカスレンズ駆動速度を変化させながら制御しても良い。
Fspeed（Ａ） ＝ K1spd * ｆ0 ／ ΔHLpixel ……（式１０）
ここで、K1spdは駆動速度を算出する際の任意の係数を表している。Fspeedは、フォーカスレンズ駆動速度を表している。

また上述の実施の形態において、オートフォーカス制御を伴ったズームレンズ駆動を行なう場合に、フォーカス稼動範囲規定テーブル３４の中から選択した稼動範囲テーブルの情報と、高輝度／低輝度領域の変化量の情報に基づいてフォーカス駆動範囲を算出する代わりに、ズームレンズ駆動速度を算出し、例えば広角側から望遠側へズーミングする場合は、ズームレンズ駆動速度を遅くする制御を行なっても良い。
Zspeed（Ａ） ＝ K2spd * ｆ0 ／ ΔHLpixel ……（式１１）
ここで、K2spd は駆動速度を算出する際の任意の係数を表している。Zspeed は、ズームレンズ駆動速度を表している。

以上のように、高輝度領域と低輝度領域の割合の情報に基づいて、最適なフォーカスレンズ稼動範囲を算出し、高輝度領域と低輝度領域の変化量に応じてフォーカスレンズ稼動範囲を連続的に変化させるので、点光源が存在する場合や誤って通常の被写体を点光源であると誤判定した場合においても、フォーカスレンズの駆動時間を短く抑えることができ素早いフォーカシングを行なうことができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、これは一例であって本発明を限定するものではない。このほか、点光源の影響を受けずに期待する被写体に合焦する方法については様々な変形例が考えられるが、いずれも本発明の範疇にある。

フォーカスレンズ位置とＡＦ信号の関係を示す特性図である。 本発明の一実施例における撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 カットオフ周波数規定テーブル及びＡＦ信号の説明図である。 点光源が存在する場合の画像と画素数分布についての説明図である。 本発明の一実施例におけるオートフォーカス制御のフローチャートである。 ズームレンズ位置とフォーカスレンズ稼動範囲の関係を示す特性図である。

符号の説明

１：撮像装置、２：レンズユニット、５：フォーカスレンズ群、６：レンズ原点検出回路、８：撮像素子、１２：カメラ信号処理部、１５Ａ，１５Ｂ：コントラスト信号生成部、１６Ａ，１６Ｂ：ＨＰＦ回路、１７Ａ，１７Ｂ：積分器、１９：マイクロコンピュータ部、２０：内部メモリ、３０：カットオフ周波数規定テーブル、３１Ａ，３１Ｂ：ハイライト信号生成部、３２Ａ，３２Ｂ：ハイライト検出回路、３３Ａ，３３Ｂ：演算器、３４：フォーカス稼動範囲規定テーブル、ＨＬ１：第１のハイライト検出信号、ＨＬ２：第２のハイライト検出信号、ＶＦ１：第１のコントラスト信号、ＶＦ２：第２のコントラスト信号。

Claims (5)

1. 被写体を撮像する撮像装置のフォーカスを制御するフォーカス制御装置であって、
   前記被写体からの光束を集光するフォーカスレンズ群と、
   該フォーカスレンズ群を光軸方向に駆動するモータドライバと、
   前記フォーカスレンズ群からの光束を受光して光電変換し映像信号として出力する撮像素子と、
   前記映像信号から輝度信号の高周波成分を抽出してコントラスト信号を生成するコントラスト信号生成部と、
   前記映像信号から輝度信号の高輝度領域を抽出してハイライト信号を生成するハイライト信号生成部と、
   該ハイライト信号生成部で抽出されたハイライト信号に基づき前記フォーカスレンズ群の駆動範囲を設定し、前記コントラスト信号生成部で抽出されたコントラスト信号に基づき前記モータドライバを制御するオートフォーカス制御部と
   を備えたことを特徴とするフォーカス制御装置。
2. 請求項１に記載のフォーカス制御装置において、
   前記コントラスト信号生成部は、第１のカットオフ周波数のＨＰＦを介して得た第１のコントラスト信号と、前記第１のカットオフ周波数よりも高い第２のカットオフ周波数のＨＰＦを介して得た第２のコントラスト信号を抽出し、
   前記オートフォーカス制御部は、まず前記第１のコントラスト信号に基づきオートフォーカス制御を行ない、前記第１のコントラスト信号の大きさが所定値を超えた場合には、前記第２のコントラスト信号に基づきオートフォーカス制御を行なうことを特徴とするフォーカス制御装置。
3. 請求項１に記載のフォーカス制御装置において、
   前記コントラスト信号生成部は、前記ハイライト信号が前記輝度信号に高輝度領域が有ることを示す場合には、高輝度領域が無いことを示す場合よりも、高周波成分を抽出するＨＰＦのカットオフ周波数を高く設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
4. 請求項１に記載のフォーカス制御装置において、
   前記オートフォーカス制御部は、前記ハイライト信号が前記輝度信号に高輝度領域が有ることを示す場合には、高輝度領域が無いことを示す場合よりも、前記フォーカスレンズ群の駆動範囲を狭く設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
5. 撮像する映像信号のフォーカスを制御するフォーカス制御方法であって、
   所定のフォーカス調整範囲を有するフォーカス調整ステップと、
   前記映像信号から所定の遮断周波数以上の高周波成分を抽出してコントラスト信号を生成するコントラスト信号生成ステップと、
   前記映像信号から輝度信号の高輝度領域と低輝度領域を抽出してハイライト信号を生成するハイライト信号生成ステップと、
   該ハイライト信号生成ステップで生成されたハイライト信号を用いて前記輝度信号の高輝度領域の有無を判定する第１の判定ステップと、
   該第１の判定ステップでの判定の結果、高輝度領域が有ると判定された場合には、前記ハイライト信号生成ステップで生成されたハイライト信号を用いて前記輝度信号の低輝度領域の有無を判定する第２の判定ステップとを有し、
   前記コントラスト信号生成ステップの前記高周波成分を抽出するための遮断周波数は、前記第１の判定ステップで高輝度領域が有り第２の判定ステップで低輝度領域が有ると判定された場合には最も高く、前記第１の判定ステップで高輝度領域が無いと判定された場合には最も低く設定され、
   前記フォーカス調整ステップのフォーカス調整範囲は、前記第１の判定ステップで高輝度領域が有り第２の判定ステップで低輝度領域が有ると判定された場合には最も狭く、前記第１の判定ステップで高輝度領域が無いと判定された場合には最も広く設定されることを特徴とするフォーカス制御方法。

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