JP2018077457A - オートフォーカスを実行する方法、オートフォーカスシステム、およびオートフォーカスモジュールを備えるカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】オートフォーカスの実行に際してハンチングを抑制する。
【解決手段】ズーム動作中にオートフォーカスする際、レンズを第１のズーム位置にズームし（Ｓ１）、合焦すべき物体までの第１の物体距離を測定し（Ｓ２）、第１の物体距離を用いて第１の合焦開始位置を決定し（Ｓ３）、第１の合焦開始位置を開始点として用い、第１のオートフォーカス動作を実行し（Ｓ４）、それによって第１の決定合焦位置を決定する。第１のルックアップ物体距離が、第１の決定合焦位置に基づいて決定され（Ｓ５）、第１の補正係数が、第１のルックアップ物体距離と第１の物体距離との比として計算される（Ｓ６）。レンズが第２のズーム位置にズームされ（Ｓ１３）、第２の合焦位置が、第１の物体距離と、第２のズーム位置と第１のズーム位置の被写界深度比に基づく第２の補正係数（Ｓ１５）との積として計算された第２の物体距離（Ｓ１６）を用いて決定される（Ｓ１７）。
【選択図】図６

Description

本発明は、カメラのオートフォーカシングの分野に関し、特に、ＰＴＺカメラ（すなわち、パニング、チルティング、およびズーミングの能力のあるカメラ）のオートフォーカシングに関する。

オートフォーカスは、カメラにおいて広く使用されている機能である。それは、手持ちカメラならびにモニタカメラで、静止画像カメラならびにビデオカメラで使用されている。オートフォーカスを実行するいくつかの異なる方式が知られており、一般に、受動方式、能動方式、またはハイブリッド方式のいずれかとして分類することができる。１つの既知の受動方式は、最大コントラスト方式またはコントラスト検出方式と呼ばれる。この方式では、捕捉された画像中の隣接画素間のコントラストが調べられ、開始点のまわりで焦点をわずかに変化させることによって、最も高いコントラストの合焦位置が探され、願わくば見いだされる。最大コントラストの探索は、例えば、「ヒルクライミング」と呼ばれる数学的最適化技法を使用して実行することができる。合焦位置が見いだされると、この合焦位置およびズームモータ位置を使用して、レンズの設計者または供給業者によって提供された１組のトレース曲線中の対応する物体距離トレース曲線が見いだされる。トレース曲線は、ズームモータ位置に対する合焦モータ位置をプロットしており、いくつかの物体距離の各々に対して１つの曲線がある。これらの曲線は、一般に、可変焦点レンズシステムに含まれる様々なレンズの理論的特性を使用して理論的に計算される。各々が別個の物体距離に基づくいくつかの曲線が提供される。焦点を同じ物体距離に保持しながらズームインおよびズームアウトする場合、トレース曲線を使用して、適切な焦点を与えると想定される合焦モータ位置が見出される。その結果、ズーム位置ごとにコントラスト決定が実行される必要はない。物体距離がトレース曲線のいずれにも一致しない場合、補間が、２つの曲線間の物体距離を得るために実行される。

低照明条件におけるまたは低コントラストもしくは点状光源による光景におけるなどのいくつかの状況では、コントラストの最大値を見いだすことが困難であることがあり、オートフォーカシングアルゴリズムは、「ハンチング」で終わることになる場合があり、それは、オートフォーカシングアルゴリズムが、最大値を見いだすことができずに、合焦モータ位置を変化させ続けることを意味する。

良好な照明条件においてさえ、アルゴリズムが最良の合焦モータ位置を探しているとき、オートフォーカスプロセス中に生じる焦点の変化が、画像の苛立たしいウォブリングとして現われることがある。

能動オートフォーカス方式では、合焦すべき物体までの実際の距離測定が、例えば、レーザを使用して行われる。次いで、合焦位置は、レンズのトレース曲線を使用して決定することができる。そのような能動方式は、距離測定システムの追加を必要とするので、カメラのコストを増加させるが、低照明条件でのオートフォーカスを容易にするという利点を与える。そのような能動方式はまた、即時の合焦位置の利点を与え、その結果、受動オートフォーカス方式で生じることがあるようなウォブリングおよび「ハンチング」がない。

受動方式および能動方式に共通する課題は、カメラに装着されたレンズが、トレース曲線が作成されたレンズから外れていることがあり、その結果、適切な合焦が、決定された物体距離に対して示された合焦位置を使用して達成されないことである。個々のレンズは、カメラの製造中に、適切な合焦位置を選択するときに使用されるべき理論トレース曲線からの生産オフセット（ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆｆｓｅｔ）を計算するために試験することができる。しかしながら、そのようなオフセット試験は、通常、２つのズーム位置、すなわち、「テレ」および「ワイド」に対してのみ、および無限遠に向けた合焦に対してのみ行われる。さらに、生産経済の理由で、オフセット試験は、場合によっては、レンズタイプ当たり１回しか行われず、各個別のレンズには行われない。各個別のレンズが試験される場合でさえ、内部設計公差と、レンズ製造業者による潜在的な調節とが、通常、理論曲線から外れている実際的なトレース曲線形状をもたらすことになり、その結果、生産オフセットはトレース曲線に沿った全体に適用されるわけではない。他のズーム位置および物体距離での別のレンズ試験体の実際の挙動は、工場または生産オフセットを考慮に入れてさえ、トレース曲線から大幅に外れることがある。さらに困ったことには、レンズの挙動は、例えば、温度変化のためにまたはレンズ構成要素の経時変化のために、時間とともに変化することがある。

オートフォーカシングを改善するために、受動方式と能動方式とを組み合わせたハイブリッド方式を使用することができる。例えば、レーザ距離測定を使用して、コントラスト検出方式に開始点を与え、それによって、難易度が高い光景におけるオートフォーカシングを容易にすることができる。さらに、ハイブリッド方式は、「ハンチング」のリスクを減少させ、潜在的により良好な開始点を用いて受動方式をより迅速に実行し、それにより、最適な合焦位置の探索の間の苛立たしいウォブリングを低減することを可能にすることができる。

既知のオートフォーカシング方式に関連する課題は、多くの場合、ＰＴＺカメラで悪化する。カメラが、新しい方向にパンおよび／またはチルトされるとき、新しい視野内の物体に合焦するためにオートフォーカシングが必要である。一般に、オートフォーカシングプロセスは速さが十分でないので、モニタしている光景のある点から別の点までパニングおよび／またはチルティング移動する間合焦画像を提供することができない。それゆえに、移動の開始時および移動の終了時に合焦画像を得ることができるが、それらの間の画像はぼやけることになる。カメラがズームインまたはズームアウトされる状況についても同じである。移動およびズーミングの間のこのぼやけは、例えば、いわゆる「ガードツアー（ｇｕａｒｄ ｔｏｕｒ）」からの、すなわち、モニタ区域の様々な部分をモニタするために実行されるパニング、チルティング、およびズーミング動作の事前プログラムされたシーケンスからの捕捉ビデオシーケンスを見ているオペレータを苛立たせることがある。重要な視覚情報が、パニング、チルティング、およびズーミングの間オペレータには失われることがある。

本発明の目的は、より良好な合焦画像を供給することができるオートフォーカシングの方法を提供することである。さらに、本発明の目的は、パニング、チルティング、およびズーミングの間にもより良好な合焦画像を与えることができるオートフォーカシングの方法を提供することである。本発明の別の目的は、先行技術の方法よりも迅速に実行され得るオートフォーカシングの方法を提供することである。

第１の態様によれば、これらのおよび他の目的は、ズーミング動作の間にカメラをオートフォーカスする方法によって完全にまたは少なくとも部分的に達成され、カメラはズームレンズを備え、この方法は、レンズを第１のズーム位置にズームすることと、カメラから合焦すべき物体までの第１の物体距離を測定することと、前記第１の物体距離を使用して第１の合焦開始位置を決定することと、受動オートフォーカスアルゴリズムを使用し、かつ、第１の合焦開始位置をアルゴリズムの開始点として使用して、第１のオートフォーカシング動作を実行し、それによって、第１の決定合焦位置（ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｆｏｃｕｓ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）を決定することと、第１のルックアップ物体距離を第１の決定合焦位置に基づいて決定することと、第１のルックアップ物体距離と第１の物体距離との間の比として第１の補正係数を計算することと、前記第１のズーム位置の第１の被写界深度を決定することと、レンズを第２のズーム位置にズームすることと、前記第２のズーム位置の第２の被写界深度を決定することと、第１の補正係数と、第２の被写界深度と第１の被写界深度との間の比との積として、第２の補正係数を計算することと、第１の物体距離と第２の補正係数との積として第２の物体距離を計算することと、第２の物体距離を使用して第２の合焦位置を決定することとを含む。

そのようなオートフォーカス方式を使用して、レンズ製造業者によって提供されたトレース曲線をよりよく利用することが可能である。カメラで使用されている個々のレンズが、トレース曲線が計算されたレンズのように正確に挙動しない場合でさえ、およびカメラの製造中にレンズタイプに対して決定された生産オフセットが個々のレンズに必ずしもフィットしない場合でさえ、測定された物体距離と、受動オートフォーカスアルゴリズムによって見いだされた合焦モータ位置に対応する距離とに基づいた第１の補正係数の計算により、ズーミングの間により好適な補間された物体距離トレース曲線に従うことが可能になる。このようにして、より良好な合焦画像をズーミングの間提供することができる。したがって、カメラからのビデオシーケンスを見るオペレータは、画像からより多くの情報を得ることができ、ぼやけた画像を見る苛立ちから解放され得る。より良好な開始点は受動オートフォーカスアルゴリズムを使用する合焦の探索をスピードアップすることができるので、オペレータは、さらに、受動オートフォーカスアルゴリズムを使用するオートフォーカシングの間ウォブリング画像を見ることから解放され得る。

さらに、現在のズーム位置の被写界深度とズーミング中の前のズーム位置の被写界深度の比に基づいて、例えば、捕捉または送信された画像フレーム当たり１回、更新補正係数を計算し続けることによって、理論トレース曲線からのずれをよりよく考慮に入れることができ、その結果、各フレームまたは新しいズーム位置に対して、トレース曲線で使用すべき新しい物体距離が決定される。

ひとたびレンズが所望のズーム位置に達したならば、ズーミング動作中にトレース曲線を使用して見いだされた合焦モータ位置を受動オートフォーカスアルゴリズムの開始点として使用して、第２の決定合焦位置を決定することができる。それにより、適切な合焦をより迅速に見いだすことができる。さらに、これは、ガードツアーが進行中であるが、オペレータが光景内の注目する何かを見てズーミング動作を中断する場合でも有益である。次いで、補正係数とトレース曲線とを使用して見いだされた最新の合焦モータ位置を受動オートフォーカスアルゴリズムの開始点として使用することができ、その結果、合焦画像を迅速に提供することができる。

第２のルックアップ物体距離を第２の決定合焦位置に基づいて決定することができ、新しい補正係数は、第２のルックアップ物体距離と第１の物体距離との間の比として計算することができる。このようにして、適切な合焦を見いだすのをより容易にする更新補正係数を決定することができる。

この方法は、第１のズーム位置と第２のズーム位置との間の中間ズーム位置にレンズをズームすることと、前記中間ズーム位置の中間被写界深度を決定することと、第１の補正係数と、中間被写界深度と第１の被写界深度との間の比との積として、中間補正係数を計算することと、第１の物体距離と中間補正係数との積として中間物体距離を計算することと、中間物体距離を使用して中間合焦位置を決定することとをさらに含むことができる。これによって、オートフォーカス位置が、時間のかかる受動オートフォーカスアルゴリズムを実行する必要なしに、中間ズーム位置において決定され得る。そのような手法により、補正係数は、ズーミング動作の間連続的に計算することができ、その結果、好適なトレース曲線に従うことによって良好な合焦を得ることができる。

変形例によれば、この方法は、受動オートフォーカスアルゴリズムを使用し、かつ、中間合焦位置をアルゴリズムの開始点として使用して、中間オートフォーカシング動作を実行し、それによって、中間決定合焦位置を決定することをさらに含む。このようにして、改善された合焦が、第１のズーム位置から第２のズーム位置までのズーム動作の間のズーム位置においても達成され得る。受動オートフォーカスアルゴリズムへの高い入力フレームレートがあり、ユーザが低い出力フレームレートを要請する場合などの時間が許す場合、開始点としての最新の決定合焦位置を用いて受動オートフォーカスアルゴリズムを使用し、それによって、単にトレース曲線に従うよりも多分良好な合焦を可能にすることができる。これは、例えば、ズーミング動作の間フレームごとでなく規則的なまたは不規則な間隔で行うことができる。

受動オートフォーカスアルゴリズムが使用されるたびに、補正係数を更新することができる。例えば、中間ルックアップ物体距離は中間決定合焦位置に基づいて決定することができ、新しい中間補正係数は中間ルックアップ物体距離と第１の物体距離との間の比として計算することができる。受動オートフォーカスアルゴリズムは、新しいズーム位置に達する以外の理由でも作動することができる。例えば、受動オートフォーカスアルゴリズムは、カメラがパンまたはチルトするとき、モニタしている光景が、例えば照明変化のために変化するとき、および周囲温度が変化するとき、作動することができる。合焦すべき物体が、最新の格納された補正係数が決定された距離以外の別の距離にある場合、やはり、最新の格納された補正係数を使用することができる。

ズーム位置ごとの被写界深度が、レンズを制御するレンズコントローラからの要請によって決定され得る。

多くのレンズの場合、過渡的ズーム位置の両側の異なる補正係数を使用することが有益であり得る。それゆえに、この方法は、所定の過渡的ズーム位置において、以前に格納された補正係数が使用されることをさらに含むことができ、以前に格納された補正係数は、前記第１のズーム位置と前記過渡的ズーム位置との間のズーム位置の被写界深度に基づく代わりに、前記過渡的ズーム位置と、前記第２のズーム位置を越えている第３のズーム位置との間のズーム位置の被写界深度に基づいている。例えば、５ｘズームのズーム位置において、被写界深度比と物体距離との間の関係を示す曲線に「キンク」があることがある。これを扱うために、過渡的ズーム位置の「他の側の」ズーム位置のために以前に決定された補正係数が使用される。したがって、テレ補正係数と呼ぶことができるものは、過渡的ズーム位置の「テレ」側でのズーミングの間連続的に更新することができ、ワイド補正係数と呼ぶことができるものは、過渡的ズーム位置の「ワイド」側でのズーミングの間連続的に更新することができる。ひとたびズームインまたはズームアウトのいずれかの１つの方向のズーミングが過渡的ズーム位置に達すると、過渡的ズーム位置の他の側のズーム位置のための最新の決定された補正係数が、物体距離の計算のために使用されるべきである。

カメラから合焦すべき物体までの物体距離を測定することは、カメラに備えられた距離測定システムを使用して実行することができる。距離測定システムは、例えば、レーザ距離測定システムとすることができる。

本発明の第２の態様によれば、上記の目的は、ズーミング動作中にカメラをオートォーカスするためのオートフォーカスシステムによって完全にまたは少なくとも部分的に達成され、オートフォーカスシステムは、カメラと、カメラから合焦すべき物体までの第１の物体距離を測定するように配置された距離測定システムと、第１態様の方法を実行するように配置されたオートフォーカスモジュールとを備える。第２の態様のオートフォーカスシステムは、利点を伴って第１の態様の方法と同様に具現することができる。

第３の態様によれば、これらのおよび他の目的は、ズームレンズと第１の態様の方法を実行するように配置されたオートフォーカスモジュールとを備えるカメラによって完全にまたは少なくとも部分的に達成される。

カメラは、カメラから合焦すべき物体までの第１の物体距離を測定するように配置された統合物体距離測定システムを備えることができる。物体距離測定システムは、例えば、レーザ距離測定システムとすることができる。

第３の態様のカメラは、一般に、利点を伴って第１の態様の方法と同様に具現することができる。

第４の態様によれば、これらのおよび他の目的は、プロセッサによって実行されたとき第１の態様の方法を実行するように構成された命令をもつコンピュータ可読記憶媒体を含むコンピュータプログラム製品によって完全にまたは少なくとも部分的に達成される。プロセッサは、任意の種類のプロセッサ、例えば、中央制御装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、集積回路に実装されたカスタムメイド処理デバイス、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、または個別部品を含む論理回路とすることができる。

本発明の適用可能性のさらなる範囲が、以下に与えられる詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、本発明の範囲内の様々な変更および変形がこの詳細な説明から当業者には明らかになるはずであるので、単に例証として与えられていることを理解すべきである。

したがって、本発明は、そのようなデバイスおよび方法が変わることがあるので、記載するデバイスの特定の構成部品または記載する方法のステップに限定されないことを理解すべきである。さらに、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明する目的のものであり、限定することを意図しないことを理解すべきである。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「前記の（ｓａｉｄ）」という冠詞は、文脈が特に明確に指示しない限り、１つまたは複数の要素があることを意味するように意図されることに留意しなければならない。したがって、例えば、「１つの物体」または「その物体」への言及は、いくつかの物体などを含むことができる。さらに、「備えている、含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は、他の要素またはステップを排除しない。

次に、本発明が、例として、添付の概略図を参照して、より詳細に説明される。

物体がカメラから様々な距離にある、ＰＴＺカメラでモニタされている光景を示す図である。 上方から示された図１の光景を示す図である。 図１のカメラのブロック図である。 図３に示したカメラのオートフォーカスモジュールを示すブロック図である。 図１のカメラなどのカメラのための１組のトレース曲線の一例を示す図である。 オートフォーカシングの方法を示す流れ図である。

図１で分かるように、光景１は、カメラ２を使用してモニタされる。光景１は、図２では上方から示される。

光景１には、３つのドア４、５、６をもつ建物３がある。各ドアに、それぞれの通路７、８、９がある。建物３の外に、３つの低木１０、１１、１２がある。

カメラ２は、この例では、ＰＴＺカメラ、すなわち、パニング、チルティング、およびズーミングの能力のあるカメラである。同じ種類の機能は、ズームレンズを有するカメラを使用し、それをいわゆるＰＴヘッド、すなわち、別な方法で固定されたカメラをパンおよびチルトするデバイスに装着して達成することができる。

カメラ２は、光景１の画像を捕捉し、それを符号化し、それをビデオシーケンスとして例えば制御センターに送信し、制御センターで、ビデオシーケンスが復号され、その結果、オペレータはビデオシーケンスをライブで見ることができる。ビデオシーケンスは、さらに、後のレビューのために格納されてもよい。カメラ２は、例えばＳＤカードといったオンボードストレージをさらに有することができ、後の検索のためにビデオシーケンスを格納することができる。

カメラ２の視野は、一度に図１に示された光景１の一部のみをモニタできるものとすることができる。カメラ２をパン、チルト、およびズームすることによって、オペレータは、光景１の様々な部分をモニタすることができる。これは、手動で、例えば、ジョイスティックを使用して行うことができる。それは、さらに、所定のシーケンスで光景中のいくつかの注目する点を訪れ、所定の時間の間注目する各点にとどまる事前プログラムされたガードツアーを利用して行われてもよい。カメラが新しい位置にパンおよびチルトされるたびに、合焦すべき物体がカメラから異なる距離にある可能性が極めて高いことになるので、カメラは再合焦される必要があり得る。例えば、左のドア４を通って建物３に入るまたは建物３から出る人々をモニタするために、カメラは、最初に左のドア４に向けられ、そのドアに合焦され得る。次いで、カメラ２は、左のドア４よりもカメラ２からわずかに離れている中央のドア５をカバーするために右にパンされ得る。したがって、中央のドア５を通過する人々の適切に合焦された画像を得るために、カメラ２は再合焦される必要があることになる。続いて、カメラ２は、カメラ２からさらに離れている右のドア６の画像を捕捉するためにさらに右にパンされ得る。再度、カメラ２は、右のドア６を通過する人々の適切に合焦された画像を提供するために再合焦される必要があることになる。そのような再合焦ごとに、オートフォーカシング手順が使用される。同様に、合焦モータが、トゥルーズームレンズと呼ばれることがある同焦点ズームレンズなどでズームモータにロックされているのでない限り、カメラ２がズームインまたはズームアウトするたびに、再合焦される必要がある。可変焦点レンズでは、ズーミングの間に合焦が失われ、レンズは再合焦されなければならない。

次に、カメラ２のいくつかの構成要素を示す簡略化されたブロック図である図３を参照する。カメラ２は、ズームレンズ２０、または厳密に言えば可変焦点レンズを有する。レンズ２０はズームモータと合焦モータとを備え、それらのどれも図面に明確に示されていないが、両方ともズームレンズのよく知られている機構である。さらに、カメラ２は、モニタする光景の画像を捕捉するための画像センサ２１と、画像を処理し、それを符号化するための処理回路２２とを有する。カメラは、処理回路２２で使用するためのメモリ２３と、例えばＳＤカードといった、カメラに画像を格納するためのローカルストレージ２４と、カメラ２から例えば制御センターに画像を送信するためのネットワークインタフェース２５とをさらに有する。カメラ２は、カメラから合焦すべき物体までの物体距離を測定するためのレーザ距離測定システム２６を有する。追加として、カメラ２は、オートフォーカシングを実行するように配置されたオートフォーカスモジュール３０を有する。

オートフォーカスモジュール３０が、図３に概略的に示される。それは、距離入力モジュール３１と、受動オートフォーカスアルゴリズムモジュール３２と、補正係数更新モジュール３３とから構成される。

図１〜図６を参照して、次に、カメラ２の機能、より具体的にはオートフォーカスモジュール３０の機能を、使用シナリオの助けを借りて説明する。カメラ２はオートフォーカシングのための統合システムを形成することが分かるであろう。

オペレータは光景１をモニタしている。最初、カメラ２は、カメラ２が合焦されるべき左のドア４に向けられる。レンズ２０は、第１のズーム位置に設定される（図６のステップＳ１）。レーザ距離測定システム２６が、カメラ２から左のドア４までの距離Ｄ１を測定する（Ｓ２）。測定された距離Ｄ１に対する好適な合焦モータ位置を選ぶために、レンズ製造業者によって提供されたトレース曲線を調べることができる。レンズの１組のトレース曲線の一例が図５に示される。仮にレンズ２０がレンズ製造業者によって提供されたトレース曲線に従って正確に挙動するならば、物体距離Ｄ１に対応する曲線を見いだし、水平軸の現在のズーム位置に対応する垂直軸の合焦モータ位置を見いだすことによって、適切な合焦モータ位置を簡単に決定することができる。しかしながら、これは、生産オフセットを考慮に入れても、各個別のレンズがトレース曲線の挙動から外れることがあるので、ほとんどの場合最適な合焦位置を与えないことになる。それゆえに、受動オートフォーカスアルゴリズムがさらに使用され、それにより、オートフォーカス方式はハイブリッド方式になる。この例では、受動オートフォーカスアルゴリズムはコントラスト検出アルゴリズムである。測定された距離Ｄ１に基づいてトレース曲線において見いだされたオートフォーカス位置を第１のオートフォーカス開始位置ＡＦ１_{ｓｔａｒｔ}とラベル付けし（Ｓ３）、第１の決定オートフォーカス位置ＡＦ１と呼ぶ新しく調節されたオートフォーカス位置が、コントラスト検出アルゴリズムを使用して決定される（Ｓ４）。コントラスト検出アルゴリズムを実行するとき、第１のオートフォーカス開始位置ＡＦ１_{ｓｔａｒｔ}が開始点として使用される。最大コントラストをもたらすモータ合焦位置の探索は、第１のオートフォーカス開始位置ＡＦ１_{ｓｔａｒｔ}を中心とした、現在のズーム位置における被写界深度ＤＯＦに対応する第１の合焦開始位置のまわりの範囲で、つまり、例えば被写界深度の８０％の範囲で、実行することができる。被写界深度ＤＯＦは、レンズを制御するレンズコントローラ（図示せず）から得ることができる（Ｓ７）。コントラスト検出アルゴリズムで見いだされた合焦モータ位置ＡＦ１は、多くの場合、ＡＦ１_{ｓｔａｒｔ}と異なることになる。トレース曲線を調べることによって、第１のルックアップ物体距離Ｄ１’を見いだすことができ（Ｓ５）、それは、第１の決定合焦位置ＡＦ１に対応する。第１の補正係数ＡＣＦ１が、以下の一般式に従って、第１のルックアップ物体距離Ｄ１’と第１の物体距離Ｄ１との間の比として計算される（Ｓ６）。

ここで、ＡＣＦは補正係数であり、Ｄは測定された物体距離であり、Ｄ’は受動オートフォーカスアルゴリズムを使用して見いだされた物体距離である。第１のズーム位置にズームインするかまたは第１のズーム位置からズームアウトするとき、第１の補正係数が、新しいズーム位置での正しいトレース曲線を見いだすために使用される。しかしながら、それぞれのズーム位置での被写界深度が考慮に入れられた場合、さらにより良好な補正が達成可能である。

オペレータが左のドア４をモニタする例に戻ると、人が出入口に現われており、オペレータは、人の顔にズームインして人の識別を試みたいと思う。それゆえに、オペレータは、第１のズーム位置から第２の位置までズームインしたいと思うことがある。ズーミングは、即時ではなく、いくつかの画像フレームにわたって生じることになる。ここで、中間ズーム位置が第１のズーム位置の後に達せられること、および追加ズーム位置がその後達せられ、その後、第２のズーム位置が達せられることが仮定されている。第１のズーム位置から第２のズーム位置までのズーミングの間に、任意の数の追加ズーム位置を横切ることができることを当業者は理解するであろう。レンズが中間ズーム位置にズームされた（Ｓ８）とき、中間ズーム位置の被写界深度が決定され（Ｓ９）、中間被写界深度ＤＯＦｉとラベル付けされる。中間被写界深度と、第１の被写界深度ＤＯＦ１とラベル付けされた第１のズーム位置での被写界深度との間の比が計算され、補正係数が、第１の補正係数ＡＣＦ１と被写界深度比ＤＯＦｉ／ＤＯＦ１との積として中間補正係数ＡＣＦｉを計算する（Ｓ１０）ことによって更新される。したがって、更新された補正係数は、以下の一般式に従って計算される。

ここで、添え字ｋは前のズーム位置を意味し、添え字ｋ＋１は現在のズーム位置を意味する。新しい補正係数が計算されるたびに、前の補正係数が上書きされる。

中間物体距離Ｄｉが、測定された第１の物体距離Ｄ１と中間補正係数ＡＣＦｉとの積として計算される（Ｓ１１）。中間ズーム位置での物体距離の計算は、以下の一般式を使用して記述することができる。

ここで、添え字ｋは前のズーム位置を意味し、添え字ｋ＋１は現在のズーム位置を意味し、添え字１は初期測定を意味する。

この中間物体距離Ｄｉは、トレース曲線における中間合焦モータ位置ＡＦｉを見いだすために使用される（Ｓ１２）。このようにして、合焦画像が、中間ズーム位置においても、時間のかかるコントラスト検出を実行する必要なしに提供され得る。

次いで、レンズは追加ズーム位置にズームされ、中間ズーム位置でのプロセスが繰り返される。したがって、追加ズーム位置の被写界深度ＤＯＦａが決定され、この追加被写界深度と中間被写界深度との間の比が計算される。補正係数が、追加補正係数ＡＣＦａを、中間補正係数ＡＣＦｉと被写界深度比ＤＯＦａ／ＤＯＦｉとの積として計算することによって更新される。

追加物体距離Ｄａが、測定された第１の物体距離Ｄ１と追加補正係数ＡＣＦｉとの積として計算される。この追加物体距離Ｄａは、トレース曲線における追加合焦モータ位置ＡＦａを見いだすために使用される。このようにして、良好な合焦が、追加ズーム位置においても達成され得る。

第２のズーム位置が達せられる（Ｓ１３）と、この第２のズーム位置の被写界深度ＤＯＦ２が決定され（Ｓ１４）、補正係数が、追加補正係数と、第２の被写界深度ＤＯＦ２と追加被写界深度ＤＯＦａとの間の比との積を計算することによって更新される（Ｓ１５）。第２の物体距離Ｄ２が、第２の補正係数ＡＣＦ２と測定された第１の物体距離Ｄ１との積として計算される（Ｓ１６）。この第２の物体距離は、トレース曲線における第２の合焦位置ＡＦ２を見いだすために使用される（Ｓ１７）。この第２の合焦位置ＡＦ２を開始点として使用して、コントラスト検出アルゴリズムが、もう一度、第２のズーム位置における適切な合焦を見いだすために使用されてもよい。これは、第２の決定オートフォーカス位置を与えることになり、それは、第２のルックアップ物体距離Ｄ２’に対応することになる。補正係数は、今では、新しい補正係数ＡＣＦｎｅｗを、測定された第１の物体距離Ｄ１と第２のルックアップ物体距離Ｄ２’の比として計算することによって更新することができる。次いで、新しい補正係数を格納し、後でズームインおよびズームアウトするときに使用することができる。

ズーミングプロセスを、ここまで、第１のズーム位置から、中間ズーム位置および追加ズーム位置を介して、第２のズーム位置に行くとして説明したが、第１のズーム位置から第２のズーム位置までのズーム位置の距離が、非常に短いので、それらの間に、中間ズーム位置および追加ズーム位置などの他のズーム位置を有する画像フレームがないことになる事例があり得ることを理解すべきである。そのような事例では、方法は、第２の物体距離が、第１の物体距離Ｄ１と、第１の補正係数ＡＣＦ１と、第２の被写界深度と第１の被写界深度の比ＤＯＦ２／ＤＯＦ１との積として計算されるものとして適応される。これは、例えば、低い出力フレームレートにおける非常に遅いズーミングの間に起こることがある。

発明の概要で述べたように、レンズは、ズーム位置の「テレ」範囲およびズーム位置の「ワイド」範囲で異なる補正係数の使用が必要になる挙動を示すことがある。一例として、この過渡的ズーム位置が、５ｘズームで生じることがある。ある補正係数を、ＡＣＦ_Ｔと呼ばれる「テレ」範囲で使用することがあり、別の補正係数を、ＡＣＦ_Ｗと呼ばれる「ワイド」範囲で使用することがある。これらの補正係数の両方は、上述と同じように計算されるが、各々は、過渡的ズーム位置のそれぞれの側のズーム位置間のズーミングのためのものである。

オペレータが光景１の左のドア４をモニタする例にもう一度戻ると、ちょうど説明したように、カメラが第１のズーム位置から第２の位置までズームし終わっており、これらの２つのズーム位置の両方は過渡的ズーム位置の「テレ」側にある。出入口に現われた人の顔を調べた後、オペレータは、第３のズーム位置にズームアウトして左のドア４ならびに中央のドア５をモニタし、ただし合焦すべき物体までの距離を保持できるようにしたいと思う。人の顔にズームインされた第２のズーム位置から、わずかにワイドであるが依然として「テレ」側の第１のズーム位置にズームバックして、ちょうど説明したような同じプロセスが、ズーミング動作の間に合焦画像を得るために使用される。ズームアウトし続けると、レンズ２０は過渡的ズーム位置を通り過ぎる。過渡的物体距離Ｄｔを計算するために、過渡的ズーム位置の「ワイド」側に対する以前に格納された補正係数ＡＣＦ_Ｗが使用される。このワイド補正係数ＡＣＦ_Ｗは、上述と同じように、しかし、過渡的ズーム位置の「ワイド」側のズーム位置の被写界深度を用いて決定されている。

過渡的被写界深度ＤＯＦｔが決定され、ワイド補正係数ＡＣＦ_Ｗは、以前に格納されたワイド補正係数と被写界深度比との積を計算することによって更新され、以下の計算式でより一般的に記述することができる。

類似して、過渡的ズーム位置の「テレ」側でズームする場合、テレ補正係数ＡＣＦ_Ｔは以下のように更新される。

以前の通り、添え字ｋは前のズーム位置を意味し、添え字ｋ＋１は現在のズーム位置を意味する。

したがって、過渡的物体距離Ｄｔは、更新されたワイド補正係数ＡＣＦ_Ｗと測定された第１の物体距離Ｄ１との積として計算される。以前と同じように、過渡的物体距離Ｄｔは、トレース曲線における過渡的合焦モータ位置ＡＦｔを見いだすために使用される。

カメラ２およびオートフォーカスモジュール３０が初めて開始されるとき、オートフォーカスモジュール３０は、各補正係数の値を１に、すなわち、ＡＣＦ_Ｗ＝１およびＡＣＦ_Ｔ＝１に設定することによって初期化される。新しい補正係数が、コントラストオートフォーカスアルゴリズムで決定された物体距離をレーザ距離測定システムで測定された物体距離で割ることによって計算されるとすぐに、対応する補正係数が新しい値で更新される。したがって、レンズが「ワイド」範囲のズーム位置に設定されている場合、ＡＣＦ_Ｗが更新され、一方、レンズが「テレ」範囲のズーム位置に設定されている場合、ＡＣＦ_Ｔが更新される。同様に、それぞれの補正係数ＡＣＦ_ＷまたはＡＣＦ_Ｔは、上述のような連続するズーム位置における被写界深度間の比を使用して更新される。

レンズコントローラは、中程度の物体距離から大きい物体距離において以下の計算式に従って被写界深度を決定することができ、

ここで、Ｎは開口設定値またはＦナンバであり、ｃは錯乱円であり、ｆは焦点距離であり、ｓは物体距離である。上述の説明では、焦点距離が詳細に論じられるのではなく、むしろズーム位置が論じられていることに留意することができる。しかしながら、これらの２つのパラメータは、ズームモータ位置の変化がレンズの焦点距離の変化を伴うので密接に関連している。

クローズアップの場合、被写界深度は以下の計算式に従って決定することができ、

ここで、ｍは倍率である。

異なるレンズ製造業者は、被写界深度の計算のためにわずかに異なる計算式を使用することがあるが、被写界深度を決定することができる限り、使用される計算式の正確さは、本発明のオートフォーカシング方式にとって重要ではないことに留意すべきである。

当業者は上述の実施形態を多くの方法で変更し、上述の実施形態に示したような本発明の利点を依然として利用できることを理解されよう。一例として、本発明の方法が、カメラから一定距離にある物体へのズーミングとの関連で説明されたが、同じ原理は、物体距離が変化するようにカメラから遠ざかるかまたはカメラに近づく物体への一定不変のズームのために使用することができる。格納された同じ補正係数が物体距離にかかわらず使用されてもよく、または１つの補正係数がいくつかの物体距離の各々に対して格納されてもよい。手法の選択は、使用されるレンズのタイプに依存することができる。

さらに、上述の実施形態では、カメラは、カメラから合焦すべき物体までの距離を測定するために使用されるレーザ距離測定システムを備えているが、測定システムは、代わりに、例えば、レーダーまたは超音波を使用することができる。カメラに統合されていない別個の測定システムを使用することも可能である。簡単な測定システムとして、巻尺または測定ロッドを使用することができる。

合焦すべき物体までの距離を実際に測定する代わりに、別の受動オートフォーカス方式を使用することができる。例えば、多分より信頼できる別のカメラで実行された同じアルゴリズムを、物理的に測定された距離の代わりに基準として使用することができる。代替として、別のオートフォーカスアルゴリズムを同じカメラで実行し、基準として使用することができる。これは、他のオートフォーカスアルゴリズムがより良好な結果を提供する場合有益であり得るが、より多くの時間または計算能力を要する。

上述のように、カメラが新しいズーム位置に達したとき、被写界深度が決定される。しかしながら、方法のステップが実行される順序は重要ではない。例えば、第１のズーム位置から第２のズーム位置へのズーミング動作に備えて、第１のズーム位置と第２のズーム位置との間のいくつかの中間ズーム位置の被写界深度が、それらの中間ズーム位置が達せられる前に既に分かっているように、レンズコントローラから要請されることがある。

説明した例では、受動オートフォーカスアルゴリズムはコントラスト決定アルゴリズムである。他の受動オートフォーカスアルゴリズムを使用することができることを当業者は理解されよう。例えば、位相検出アルゴリズムを使用することができる。

補正係数ＡＣＦが、最初に、コントラスト検出アルゴリズムで得られた合焦モータ位置に対応する物体距離とレーザ測定システムで測定された物体距離との間の比として計算されるとして説明された。物体距離および合焦モータ位置はトレース曲線により密接に連結しているので、コントラスト検出アルゴリズムで得られた合焦モータ位置と測定された物体距離に対応する合焦モータ位置との間の比として補正係数を計算することも可能であることを理解すべきである。

レンズ製造業者からのトレース曲線は、望ましい方法でオートフォーカシング方式に実装することができる。例えば、トレース曲線上の離散的な点をルックアップテーブルに格納することができる。トレース曲線セットにそれ自体の曲線がない距離では、値を補間することができる。代替として、ルックアップテーブルを形成する代わりに、多項式の形態の関数が、各トレース曲線にフィットされ、物体距離とズームモータ位置と合焦モータ位置との間の関係を決定するために使用されてもよい。

過渡的ズーム位置の一例として、５ｘズームを述べた。しかしながら、過渡的ズーム位置は、レンズタイプによって変わり得る。レンズによっては、１つを超える過渡的ズーム位置がある場合がある。いくつかのレンズでは、過渡的ズーム位置を越えるズーム位置のための以前に格納した補正係数を使用することなしに、更新された補正係数を計算し続けることも可能であり得る。レンズタイプによっては、過渡的ズーム位置がないことさえあり得る。特定のレンズタイプの挙動は、試験によって決定することができる。

本発明をＰＴＺカメラとの関連で説明したが、既に述べたように、固定ズームカメラも、ＰＴヘッドに配置されるならば、ＰＴＺカメラとして機能することができる。さらに、本発明は、パニングおよびチルティングの能力がないが、ズームレンズをまたはより厳密に言えば可変焦点レンズを備えている、しばしば固定ボックスカメラと呼ばれる固定ズームカメラに等しく適用可能である。

カメラは、モニタリングカメラとすることができる。それは、デジタルカメラまたはアナログカメラとすることができる。カメラは、可視光カメラ、ＩＲカメラ、またはサーマルカメラなどの任意の種類のカメラとすることができる。

上述のように、カメラ２は、オートフォーカシングのための統合システムを形成する。しかしながら、そのようなシステムはまた、２つ以上の別個の構成要素から構成されてもよい。例えば、距離測定システムは、カメラに統合される必要はなく、別個に備えられてもよい。次いで、測定システムで測定された物体距離は、オートフォーカス方式での使用のためにオートフォーカスモジュールに供給されることになる。さらに、オートフォーカスモジュールは、カメラの外部に配置され、カメラに動作可能に接続されてもよい。さらなるオプションとして、距離測定システムおよびオートフォーカスモジュールは、共通ユニットに配置され、カメラに動作可能に接続されてもよい。

本発明の概念を使用して、ズーミング動作の間に、または合焦すべき物体が一定不変のズーム位置のカメラから遠ざかっているかまたはカメラに近づいているとき、より速いオートフォーカシングを実行することが可能である。このように、受動オートフォーカスアルゴリズムが実行されるとき、ウォブリングがより少なく、受動オートフォーカスアルゴリズムの使用の間のフレームに対してより良好な合焦が達成され得る。補正係数が連続的に更新されるので、例えば、周囲温度変化によってまたはレンズの経時変化によって引き起こされるレンズの挙動の変化を補償することができる。さらに、補正係数をモニタすることができ、補正係数の一方または両方が所定の閾値よりも大きくなる場合、警報事象を発生させることができる。これにより、レンズが再較正されるか、保守点検されるか、またはさらに取り替えられる必要があることを示すことができる。

したがって、本発明は、示した実施形態に限定されるべきでなく、添付された特許請求範囲によってのみ規定されるべきである。

Claims (12)

1. ズーミング動作の間にカメラをオートフォーカスする方法であって、前記カメラがズームレンズを備え、前記方法が、
   前記レンズを第１のズーム位置にズームすることと、
   前記カメラから合焦すべき物体までの第１の物体距離を測定することと、
   前記第１の物体距離を使用し、かつ、物体距離とズーム位置と合焦位置との間の関係を使用して、第１の合焦開始位置を決定することと、
   受動オートフォーカスアルゴリズムを使用し、かつ、前記第１の合焦開始位置を前記アルゴリズムの開始点として使用して、第１のオートフォーカシング動作を実行し、それによって、第１の決定合焦位置を決定することと、
   第１のルックアップ物体距離を前記第１の決定合焦位置に基づいて決定することと、
   前記第１のルックアップ物体距離と前記第１の物体距離との間の比として第１の補正係数を計算することと、
   前記第１のズーム位置の第１の被写界深度を決定することと、
   前記レンズを第２のズーム位置にズームすることと、
   前記第２のズーム位置の第２の被写界深度を決定することと、
   前記第１の補正係数と、前記第２の被写界深度と前記第１の被写界深度との間の比との積として、第２の補正係数を計算することと、
   前記第１の物体距離と前記第２の補正係数との積として第２の物体距離を計算することと、
   前記第２の物体距離を使用し、かつ、物体距離とズーム位置と合焦位置との間の前記関係を使用して、第２の合焦位置を決定することと
   を含む、方法。
2. 前記受動オートフォーカスアルゴリズムを使用し、かつ、前記第２の合焦位置を前記アルゴリズムの開始点として使用して、第２のオートフォーカシング動作を実行し、それによって、第２の決定合焦位置を決定することと、
   第２のルックアップ物体距離を前記第２の決定合焦位置に基づいて決定することと、
   前記第２のルックアップ物体距離と前記第１の物体距離との間の比として新しい補正係数を計算することと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のズーム位置と前記第２のズーム位置との間の中間ズーム位置に前記レンズをズームすることと、
   前記中間ズーム位置の中間被写界深度を決定することと、
   前記第１の補正係数と、前記中間被写界深度と前記第１の被写界深度との間の比との積として、中間補正係数を計算することと、
   前記第１の物体距離と前記中間補正係数との積として中間物体距離を計算することと、
   前記中間物体距離を使用して中間合焦位置を決定することと
   をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記受動オートフォーカスアルゴリズムを使用し、かつ、前記中間合焦位置を前記アルゴリズムの開始点として使用して、中間オートフォーカシング動作を実行し、それによって、中間決定合焦位置を決定すること
   をさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 中間ルックアップ物体距離を前記中間決定合焦位置に基づいて決定することと、前記中間ルックアップ物体距離と前記第１の物体距離との間の比として新しい中間補正係数を計算することと
   をさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 被写界深度が、前記レンズを制御するレンズコントローラからの要請によって決定される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 所定の過渡的ズーム位置において、以前に格納された補正係数が使用され、
   前記以前に格納された補正係数が、前記第１のズーム位置と前記過渡的ズーム位置との間のズーム位置の被写界深度に基づく代わりに、前記過渡的ズーム位置と、前記第２のズーム位置を越えている第３のズーム位置との間のズーム位置の被写界深度に基づいている、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記カメラから、合焦すべき前記物体までの前記第１の物体距離を測定することが、前記カメラに備えられた距離測定システムを使用して実行される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. ズーミング動作の間にカメラをオートフォーカスするためのオートフォーカスシステムであって、
   カメラと、
   前記カメラから合焦すべき物体までの第１の物体距離を測定するように配置された距離測定システムと、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実行するように配置されたオートフォーカスモジュールと
   を備える、オートフォーカスシステム。
10. ズームレンズと請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実行するように配置されたオートフォーカスモジュールとを備えるカメラ。
11. 前記カメラから合焦すべき前記物体までの前記第１の物体距離を測定するように配置された統合物体距離測定システム
    をさらに備える、請求項１０に記載のカメラ。
12. プロセッサによって実行されたとき請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成された命令をもつコンピュータ可読記憶媒体を含むコンピュータプログラム製品。

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