JP2012118491A - 自動フォーカス方法と影像キャプチャシステム - Google Patents

Abstract

【課題】プリセットフォーカス位置の外部環境の影響による偏移を補正させ、正確な自動フォーカスを行える自動フォーカス方法及び影像キャプチャシステムを提供する。
【解決手段】フォーカスレンズによるフォーカスモジュールの第一移動区間内でのフォーカスを利用し、複数の第一フォーカス位置及び相応する複数の第一フォーカスデータを記録し、前記第一フォーカスデータ等に絶対最大値が存在するか否かを判断し、存在しない場合は第二移動区間を決定し、フォーカスレンズに第二移動区間内でのフォーカスを行わせ、複数の第二フォーカスデータを獲得し、前記第二フォーカスデータ等を基に絶対最大値を決定し、絶対最大値と相応する第二フォーカス位置を自動フォーカス位置とする。
【選択図】図２

Description

本発明は造影（撮影）技術に関し、より詳しくは、影像（影像）キャプチャシステムの自動フォーカス方法に関する。

デジタルカメラの出庫前に、通常はフォーカスレンズに対し無限遠フォーカス位置の校正を行い、校正後の無限遠フォーカス位置をデジタルカメラ内のメモリに記録さている。ユーザーがシャッターを半押しし自動フォーカスを作動させると、デジタルカメラは記録された無限遠フォーカス位置を基準とし、フォーカスレンズを移動させてフォーカスを行う。

しかしながら、デジタルカメラは往々にして外部の環境変化の影響を受ける。例えば温度、又は湿度の変化、或いは外力、例えば落下或いは異なる姿勢での放置等により、フォーカスレンズを偏移させてしまい、実際の無限遠フォーカス位置が出庫前の校正値からずれてしまい、その結果、フォーカスレンズが正確なフォーカス位置に移動せずに、ユーザーがフォーカス不良或いは失敗によりピンボケした影像を撮影する事になる。特にプラスチック材質のレンズでは、プラスチック自体が水気を吸う為、容易にレンズの屈折率が変化してしまう。この他にレンズは外界の温度と湿度の変化により熱膨張や収縮したり、或いは水分含有率の変化により屈折率が変化したりする。

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ある。上記した課題の解決のため、本発明は、プリセットフォーカス位置における外部環境の影響による偏移を補正し、正確な自動フォーカスを行える自動フォーカス方法と影像キャプチャシステムを提供することを主目的とする。

本発明に係る実施形態の自動フォーカス方法は、まずフォーカスレンズによるフォーカスモジュールの第一移動区間内でのフォーカスを利用し、複数の第一フォーカス位置及びこれらと相応する複数の第一フォーカスデータを記録する。
次に、第一フォーカスデータ等に絶対最大値が存在するか否かを判断する。存在しない場合、第二移動区間を決定し、フォーカスレンズに第二移動区間内でフォーカスを行わせ、複数の第二フォーカスデータを獲得し、第二フォーカスデータ等を基に絶対最大値を決定し、絶対最大値に相応する第二フォーカス位置を自動フォーカス位置とする。

本発明に係る他の実施形態では、影像キャプチャシステムはフォーカスレンズと、作動装置と、メモリ装置及び中央処理システムをさらに含む。作動装置はフォーカスモジュールの第一移動区間内でフォーカスレンズを複数の第一フォーカス位置まで駆動させる。メモリ装置には第一フォーカス位置等及びそれらに相応する複数の第一フォーカスデータが記録される。中央処理システムにより第一フォーカスデータ等に絶対最大値が存在するかが決定される。ここでは、第一フォーカスデータ等に絶対最大値が存在しない場合、中央処理システムは第二移動区間を決定し、作動装置はフォーカスレンズを駆動させ第二移動区間内を移動させ、相応する複数の第二フォーカスデータを獲得させ、また中央処理システムは第二フォーカスデータ等を基に絶対最大値を決定し、絶対最大値と相応する第二フォーカス位置を自動フォーカス位置とする。

本発明によれば、プリセットフォーカス位置の外部環境の影響による偏移の補正による、正確な自動フォーカスが得られる。

図１は本発明に係る実施形態の影像キャプチャシステムの機能のブロック図である。 図２は本発明に係る実施形態の自動フォーカス方法の過程図（フロー）である。 図３Ａは各種エッジ曲線の例示である。 図３Ｂは各種エッジ曲線の例示である。 図３Ｃは各種エッジ曲線の例示である。

以下に図面を参照して本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図１は本発明の実施形態に係る影像キャプチャシステムの機能のブロック図である。
本実施形態の影像キャプチャシステムは主に自動フォーカスに用いられる。影像キャプチャシステムとはカメラ、ビデオカメラ、携帯電話、携帯情報端末（Personal Digital Assistant、ＰＤＡ）、デジタルミュージック（MPEG Audio Layer 3、ＭＰ３）プレイヤー、或いはウェブカメラ（web cam）等を含むが、これらに限られるものではない。
本実施形態では、影像キャプチャシステムは主にレンズモジュール１０、メモリ装置１２と中央処理システム１４からなる。このほか、影像キャプチャシステムは影像感知ユニット１６と環境パラメータ感知ユニット１８をさらに含む。

図１に示す本実施形態のレンズモジュール１０はフォーカスレンズ１０２とレンズ駆動装置１０４を含む。
ここでは、フォーカスレンズ１０２はプリセット移動区間内を移動し、被写体に対しフォーカスを行う。
フォーカスレンズ１０２は通常少なくとも一つのフォーカスガラスを有する。
レンズ駆動装置１０４は中央処理システム１４の制御を受け、フォーカスレンズ１０２のフォーカスガラスを複数のフォーカス位置まで移動させる。
レンズ駆動装置１０４は作動装置を含み、例えばステッピングモータ等あるが、これに限られるわけではない。

図１は引き続きレンズモジュール１０を図示し、これにキャプチャされた影像は影像感知ユニット１６により類似する光信号からデジタル信号に変換される。
これはレンズモジュール１０が獲得した複数のフォーカスデータを含み、例えばシャープネス（sharpness）値である。
そして、フォーカスデータ等が中央処理システム１４へ送られ演算処理される。
本実施形態の中央処理システム１４は演算ユニット１４２と制御ユニット１４４を含む。
ここでは、演算ユニット１４２はフォーカスデータ等に対し数値の演算を行い、制御ユニット１４４は演算結果を基にレンズ駆動装置１０４を如何に制御しフォーカスレンズ１０２を移動させるかを決定し、最終的に自動フォーカス位置を獲得させる。
本実施形態の演算ユニット１４２はデジタル信号プロセッサであり、制御ユニット１４４は中央処理ユニットである。
実際上の中央処理システム１４はチップであり、演算ユニット１４２と制御ユニット１４４はこのチップ上に集積されるが、但しこれに限られるわけではない。

図１はさらにメモリ装置１２を図示し、これは主にフォーカス位置等及びこれと相応するフォーカスデータの記録に用いられる。
本実施形態のメモリ装置１２はプライマリメモリとなる内蔵メモリ１２２とセカンダリメモリとなるハードディスク１２４を含む。
このほか、メモリ装置１２は無限遠フォーカス位置の保存に用いられる。
具体的には、実施形態において、メモリ装置１２はレンズ駆動装置１０４の作動ステップ変調テーブル（作動ステップ調整テーブル）を保存する。これは各フォーカスモジュール（zoom mode）の環境パラメータ変化率が対応する作動ステップ変化率を記録する。
ここでは環境パラメータとは温度或いは湿度を指すが、但しこれらに限られない。
下の表１は作動ステップ変調テーブルを例示する。
表１では温度を環境パラメータの例としている。この実施形態では、広角フォーカスモジュールに対し、もし温度が２５℃の時の無限遠フォーカス位置は２００ステップの位置になり、また温度が０℃の時、無限遠フォーカス位置は１５０ステップの位置となる。
即ち２００−１０＊（（２５−０）／５）となる。
本実施形態では、中央処理システム１４は変調後の無限遠フォーカス位置がメモリ装置１２内に更新される。
上述した温度変化は環境パラメータ感知ユニット１８により提供される。

図２は図１に図示した影像キャプチャ装置に適用した自動フォーカス方法の過程図（フロー）である。
図１および図２を参照しながら自動フォーカス方法について説明する。
まず、ステップ２１において、フォーカスモジュールのフォーカスレンズ１０２がフォーカスモジュールの第一移動区間内の複数の第一フォーカス位置でフォーカスを行う。
前述したフォーカスレンズ１０２はレンズ駆動装置１０４の作動装置により第一フォーカス位置等まで駆動される。デジタルカメラを例にとれば、デジタルカメラは一般的に複数のフォーカスモジュールに分けられ、例えば一般フォーカスモジュールや近接フォーカスモジュール等がある。
ここでは、一般フォーカスモジュールのフォーカス範囲は無限遠フォーカス位置から８０センチであり、近接フォーカスモジュールのフォーカス範囲は８０センチから１０センチであり、但しこれらに限られるわけではない。

次に、ステップ２２において、メモリ装置１２は第一フォーカス位置等及びこれと相応する複数の第一フォーカスデータを記録する。
本実施形態では、第一フォーカスデータはシャープネス値である。
上述した第一フォーカス位置等と第一フォーカスデータ等は共同でエッジ曲線を形成する。

図３Ａにエッジ曲線を例示する。その縦軸はフォーカスデータを表し、横軸はフォーカス位置を表す。
この例では、第一移動区間Ｄ１は第一プリセット位置Ｆ１と第二プリセット位置Ｆ２間に介在する。
ここでは、第一プリセット位置Ｆ１は無限遠フォーカス位置であり、これはメモリ装置１２内に保存される。

図１、図２及び図３Ａはステップ２３を図示する。
ステップ２３において、中央処理システム１４がエッジ曲線の第一フォーカスデータ等に絶対最大値が存在するかを判断する。
本実施形態では、“絶対最大値”の前後の近接位置の数値は全て絶対最大値より小さい。
もしステップ２３の判断結果がエッジ曲線に既に絶対最大値が存在するとした場合、即ステップ２４に進み、絶対最大値と相応する第一フォーカス位置を自動フォーカス位置と決める。

図３Ａにエッジ曲線を例示する。
中央処理システム１４はエッジ曲線の傾斜、或いは第一フォーカス位置の前後の近接位置の数値の大小を基に第一フォーカス位置ＡＦに存在する絶対最大値を判断し、そこを自動フォーカス位置とする。

図１と図２において、ステップ２３の判断結果がエッジ曲線に絶対最大値が存在しないと判断した場合には、即ステップ２５に進む。中央処理システム１４はエッジ曲線を基に第二移動区間を算出する。

つづいて、ステップ２６において、中央処理システム１４がレンズ駆動装置１０４の作動装置にフォーカスレンズ１０２を第二移動区間の複数の第二フォーカス位置まで移動させてフォーカスを行わせ、相応する複数の第二フォーカスデータを獲得する。
前述の第一フォーカスデータと同じく、本実施形態の第二フォーカスデータはシャープネス値である。

最後に、ステップ２７において、中央処理システム１４は第二フォーカスデータ等のエッジ曲線の傾斜或いは数値の大小を以って絶対最大値を定義し、絶対最大値と相応する第二フォーカス位置を自動フォーカス位置とする。

図３Ｂに他のエッジ曲線を図示する。
その第二プリセット位置Ｆ２と相応する第一フォーカスデータは第一移動区間Ｄ１にとっての絶対最大値ではなく、あくまで相対最大値である。中央処理システム１４はエッジ曲線の傾斜或いは数値の大小を基に第一フォーカスデータに相対最大値のみが存在するか否かを判定する。

これにより、ステップ２５では、第二プリセット位置Ｆ２から外側へ第三プリセット位置Ｆ３まで移行し、第二プリセット位置Ｆ２と第三プリセット位置Ｆ３間に介在する第二移動区間Ｄ２を獲得する。第三プリセット位置Ｆ３から前方へ第二プリセット位置Ｆ２の前方の特定位置まで回帰し、これを第二移動区間Ｄ２とする。
第二移動区間Ｄ２は第二プリセット位置Ｆ２から第三プリセット位置Ｆ３まで、又は特定位置から第三プリセット位置Ｆ３まででも良い。
ここでは第二プリセット位置Ｆ２を含む。

図１と図２を参照して説明する。具体的には、第三プリセット位置Ｆ３は中央処理システム１４がエッジ曲線を根拠に外挿法を利用して算出する。第三プリセット位置Ｆ３はメモリ装置１２内に内蔵されるプリセット距離値である。特定位置はレンズ駆動装置１０４がフォーカスレンズ１０２を第二プリセット位置Ｆ２から第一プリセット位置Ｆ１方向へ推進させたプリセット距離値である。もしステッピングモータをレンズ駆動装置１０４として採用するならば、特定位置はステッピングモータが第二プリセット位置Ｆ２から第一プリセット位置Ｆ１方向へ推進させたプリセットのステップ位置に設定されるが、但しこれに限られるわけではない。

本実施形態では第二プリセット位置Ｆ２から第三プリセット位置Ｆ３までを第二移動区間Ｄ２とする。

続いて図１と図２を参照して説明する。ステップ２６において、フォーカスレンズ１０２は第二移動区間Ｄ２を移動し、第二フォーカスデータを獲得する。

最後に、ステップ２７を基に、第二移動区間Ｄ２の絶対最大値を決定し、相応する第二フォーカス位置ＡＦ’を自動フォーカス位置とする。
図３Ｂに例示したエッジ曲線によれば、中央処理システム１４が第二フォーカス位置ＡＦ’に絶対最大値が存在すると判断すると、これが自動フォーカス位置となる。

図３Ｃに他のエッジ曲線を図示する。
その第一プリセット位置Ｆ１と相応する第一フォーカスデータは第一移動区間Ｄ１にとっての絶対最大値ではなく、あくまで相対最大値である。中央処理システム１４はエッジ曲線の傾斜、或いは数値の大小を基に相対最大値を判定する。

これにより、ステップ２５を根拠に、第一プリセット位置Ｆ１から外側へ第四プリセット位置Ｆ４まで移行し、第一プリセット位置Ｆ１と第四プリセット位置Ｆ４間に介在する第二移動区間Ｄ３を獲得する。第四プリセット位置Ｆ４から後方へ第一プリセット位置Ｆ１後方の特定位置まで回帰しこれを第二移動区間Ｄ３とする。
第二移動区間Ｄ３は第一プリセット位置Ｆ１から第四プリセット位置Ｆ４まで、または特定位置から第四プリセット位置Ｆ４まででも良い。ここでは第一プリセット位置Ｆ１を含む。
本実施形態では、第一プリセット位置Ｆ１から第四プリセット位置Ｆ４までを第二移動区間Ｄ３とするが、但しこれに限るわけではない。

続いて、ステップ２６に基づき、フォーカスレンズ１０２は第二移動区間Ｄ３を移動し、第二フォーカスデータを獲得する。

最後に、ステップ２７に基づき、第二移動区間Ｄ３の絶対最大値を決定し、相応する第二フォーカス位置ＡＦ’’を自動フォーカス位置とする。
図３Ｃに例示したエッジ曲線によれば、中央処理システム１４は第二フォーカス位置ＡＦ’’に絶対最大値が存在すると判断すると、これを自動フォーカス位置とする。

図１、図３Ｂ、図３Ｃと表１に示した実施形態において、中央処理システム１４はフォーカスモジュールと前述の環境パラメータ、例えば温度或いは湿度を根拠に、レンズ駆動装置１０４の作動装置の作動ステップ変化率を変調させる。
続いて、中央処理システム１４は表１に例示した作動ステップ変調テーブルを基に、第三プリセット位置Ｆ３と第四プリセット位置Ｆ４を変調させる。

他の実施形態においては、中央処理システム１０４は第四プリセット位置Ｆ４を基に無限遠フォーカス位置を更新させ、またメモリ装置１２は第四プリセット位置Ｆ４を基に表一に例示する作動ステップ変調テーブルを更新させる。但しこれらに限定されない。この技術を熟知する者ならば他の環境パラメータを調整して他の作動ステップ変調テーブルへの修正したり、作動ステップ変調公式へ置換したりすることも可能である。

上述の実施形態は本発明の技術思想及び特徴を説明するためのものにすぎず、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。従って、本発明の精神を逸脱せずに行う各種の同様の効果をもつ改良、又は変更は本発明に含まれるものとする。

１０・・・・・・レンズモジュール
１０２・・・・・フォーカスレンズ
１０４・・・・・レンズ駆動装置
１２・・・・・・記憶装置
１２２・・・・・メモリ
１２４・・・・・ハードディスク
１４・・・・・・中央処理システム
１４２・・・・・演算ユニット
１４４・・・・・制御ユニット
１６・・・・・・影像感知ユニット
１８・・・・・・環境パラメータ感知ユニット
２１−２７・・・ステップ
Ｄ１・・・・・・第一移動区間
Ｄ２、Ｄ３・・・第二移動区間
Ｆ１・・・・・・第一プリセット位置
Ｆ２・・・・・・第二プリセット位置
Ｆ３・・・・・・第三プリセット位置
Ｆ４・・・・・・第四プリセット位置
ＡＦ、ＡＦ’、ＡＦ’’・・・自動フォーカス位置

Claims (10)

1. 自動フォーカス方法であって、
   フォーカスモジュールの第一移動区間でのフォーカスレンズを利用したフォーカスステップと、
   複数の第一フォーカス位置及びこれらと相応する複数の第一フォーカスデータの記録ステップと、
   前記第一フォーカスデータ等に絶対最大値が存在するか否かの判断ステップと、
   存在しない場合の、第二移動区間の決定ステップと、
   前記フォーカスレンズの前記第二移動区間内でのフォーカスによる、複数の第二フォーカスデータの獲得ステップとを含み、
   前記第二フォーカスデータ等を基にした前記絶対最大値の決定並びに、前記絶対最大値と相応する第二フォーカス位置を以って自動フォーカス位置とすることを特徴とする自動フォーカス方法。
2. 前記第一フォーカスデータ等に絶対最大値が存在すると判断した場合、前記絶対最大値に相応する前記第一フォーカス位置を前記自動フォーカス位置とすることをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の自動フォーカス方法。
3. 前記第一フォーカスデータ等と前記第二フォーカスデータ等はシャープネス値であることを特徴とする、請求項１に記載の自動フォーカス方法。
4. 前記第一移動区間は第一プリセット位置と第二プリセット位置間に介在し、前記第二プリセット位置と相応する前記第一フォーカスデータを相対最大値とする時、前記第二移動区間は前記第二プリセット位置から外側へ第三プリセット位置まで移行し、前記第一プリセット位置と相応する前記第一フォーカスデータを相対最大値とする時は、前記第二移動区間は前記第一プリセット位置から外側へ第四プリセット位置まで移行することを特徴とする、請求項１に記載の自動フォーカス方法。
5. 影像キャプチャシステムであり、
   フォーカスレンズと、
   フォーカスモジュールの第一移動区間内で前記フォーカスレンズを複数の第一フォーカス位置までを駆動させる作動装置と、
   前記第一フォーカス位置等と相応する複数の第一フォーカスデータを記録するメモリ装置と、
   前記第一フォーカスデータ等に絶対最大値が存在するかを決定する中央処理システムとを含み、
   前記第一フォーカスデータ等に前記絶対最大値が存在しない場合、前記中央処理システムは第二移動区間を決定し、前記作動装置に前記フォーカスレンズを駆動させ前記第二移動区間内を移動させ、相応する複数の第二フォーカスデータを獲得させ、前記中央処理システムは前記第二フォーカスデータ等を基に前記絶対最大値を決定し、前記絶対最大値に相応する第二フォーカス位置を自動フォーカス位置とすることを特徴とする影像キャプチャシステム。
6. 前記第一移動区間は第一プリセット位置と第二プリセット位置間に介在し、前記第二プリセット位置と相応する前記第一フォーカスデータを相対最大値とする時、前記第二移動区間は前記第二プリセット位置から外側へ第三プリセット位置まで移行し、前記第一プリセット位置と相応する前記第一フォーカスデータを相対最大値とする時、前記第二移動区間は前記第一プリセット位置から外側へ第四プリセット位置まで移行することを特徴とする、請求項５に記載の影像キャプチャシステム。
7. 前記第一プリセット位置は前記メモリ装置内の無限遠フォーカス位置に記憶されることを特徴とする、請求項６に記載の影像キャプチャシステム。
8. 前記メモリ装置内に作動ステップ変調テーブルを有し、前記フォーカスモジュールと環境パラメータを前記作動装置の作動ステップ変化率に合わせ変調させることを特徴とする、請求項７に記載の影像キャプチャシステム。
9. 前記中央処理システムは前記作動ステップ変調テーブルを基に、前記第三プリセット位置と前記第四プリセット位置を変調させることを特徴とする、請求項８に記載の影像キャプチャシステム。
10. 前記中央処理システムは前記第四プリセット位置を根拠に前記無限遠フォーカス位置を更新させ、また前記メモリ装置は前記第四プリセット位置を根拠に前記作動ステップ変調テーブルを更新させることを特徴とする、請求項８に記載の影像キャプチャシステム。

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