JP2832053B2 - 自動合焦装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はビデオカメラ、電子スチルカメラ等の映像機
器に用いて好適な自動合焦装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より、カメラの自動焦点調節装置としては、種々
の方式があるが、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等の
ように被写体像を光電変換して映像信号を得る撮像手段
を有する装置では、映像信号中から被写体像の精細度を
検出し、該精細度が最大になるように焦点調節を行なう
方式が用いられている。

この種の装置では、通常撮像画面の一部に合焦検出領
域を設定し、その領域内の被写体像に対して合焦検出を
行なうように構成されているが、近年では、合焦検出領
域を被写体像の移動に追従して移動させ、移動する被写
体に対しても合焦させ続けることのできる自動被写体追
尾機能を備えた装置が提案され、高性能化、多機能化が
はかられている（例えば特開昭60−249477号）。

このような被写体追尾方式についても種々の方式が提
案されているが、例えば１フィールド（または１フレー
ム）毎に、合焦検出領域内における高周波成分のピーク
値等を被写体像の特徴点として検出することによつて被
写体の移動位置を知り、合焦検出領域を被写体の移動位
置を略中心とする位置に再設定し、移動する被写体に対
して合焦を合わせ続けることができるようにしたものが
ある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述したような装置では、撮像状況に
かかわらず、被写体を追尾している状態では、合焦検出
領域を移動し続けるので、例えば被写体やカメラ自体の
移動で、主要被写体が撮像画像外に出てしまつた場合
や、自動焦点調節装置の誤動作により大きくボケを生じ
た場合には、合焦検出領域内に特徴点を持つ被写体が存
在しなくなり、合焦検出領域の動きが不安定となり、被
写体に正確に焦点を合わせ続けることができなくなる問
題がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上述した問題点を解決することを目的として
なされたもので、その特徴とするところは、撮影光学系
によって撮像画面上に結像された被写体像の合焦度を検
出するための合焦検出領域を前記撮像画面内において移
動可能な自動合焦装置であって、前記合焦検出領域内に
相当する画像信号中より被写体像の特徴を表す信号成分
を識別することによって被写体位置を検出する位置検出
手段と、前記位置検出手段の情報に基づいて前記合焦検
出領域の設定位置を演算する演算手段と、前記演算手段
の演算結果に基づいて前記合焦検出領域を設定する領域
設定手段と、前記画像信号のレベルを所定レベルと比較
することによって、前記画像信号中より前記被写体像の
特徴を表す信号成分を識別可能か否かを判定する判定手
段と、前記判定手段により、前記被写体像の特徴を表す
信号成分を識別不能であると判定されたとき前記合焦検
出領域の設定位置の更新を中止して所定の位置に前記合
焦検出領域を設定する手段とを備えた自動合焦装置にあ
る。

（作用） これによつて撮像画面内に被写体が存在しない場合あ
るいは被写体の判別が困難な場合等においても、合焦検
出領域が不自然な動きをせず、常に合焦検出領域の動き
を自然に且つ安定に制御することができ、目的とする被
写体像を正確に追尾することができる。

（実施例） 以下本発明における自動合焦装置を各図を参照しなが
らその一実施例について詳述する。

第１図は本発明の自動合焦装置をビデオカメラ等に実
施した場合を示すブロツク図である。

同図において、１は焦点調節を行なうためのフォーカ
シングレンズで、フォーカス駆動回路９及びフォーカシ
ングモータ10を介して駆動制御される。２は入射光量を
制御する絞り（アイリス）で、アイリス駆動回路７及び
絞り駆動用のigメータ８を介して駆動制御される。３は
フォーカシングレンズ１によつて撮像面に結像された被
写体像を光電変換して撮像信号に変換するたとえばCCD
等の撮像素子、４は撮像素子３より出力された撮像信号
を所定のレベルに増幅するプリアンプ、５はプリアンプ
４より出力された映像信号にガンマ補正，ブランキング
処理，同期信号の付加等、所定の処理を施して規格化さ
れた標準テレビジヨン信号に変換し、ビデオ出力端子よ
り出力するプロセス回路である。プロセス回路５より出
力されたテレビジヨン信号は図示しないビデオレコー
ダ、あるいは電子ビユーファインダ等のモニタ20へと供
給される。

６はプリアンプ４より出力された映像信号を入力し、
該映像信号のレベルが所定のレベルに一定となるように
絞り２の開口量を制御すべくアイリス駆動回路７を介し
てigメータ８を自動制御するアイリス制御回路である。

11はプリアンプ４より出力される映像信号中から被写
体のコントラストの大小を判別できるように設定された
全域フイルタ、12は同じくプリアンプ４より出力された
映像信号中より合焦検出を行なうために必要な高周波成
分を抽出するバンドパスフィルタ、13は映像信号中より
被写体像のボケ幅（被写体像のエツジ部分の幅）を検出
回路で、合焦状態に近付くほど被写体のボケ幅が小さく
なる性質を利用して合焦検出を行なうものである。この
ボケ幅検出回路による合焦検出方法自体は、たとえば特
開昭62−103616号等によつて公知となつているため、そ
の詳細な説明は省略する。

14は被写体判別フイルタ11、バンドパスフイルタ12、
ボケ幅検出回路13の出力にゲートをかけ、撮像画面上の
指定領域内に相当する信号のみを通過させるゲート回路
で、後述する論理制御装置16により供給されるゲートパ
ルスに従い、１フィールド分のビデオ信号中の指定領域
に相当する信号のみを通過させ、これによつて、撮像画
面内の任意の位置に高周波成分を抽出する通過領域すな
わち合焦検出を行なう合焦検出領域の設定を行なうこと
ができる（第３図に撮像画面上に設定された合焦検出領
域を示す）。

15はゲート回路14によつて抽出された合焦検出領域内
に相当する映像信号中より高周波成分のピーク値の得ら
れたの水平、垂直方向における位置を検出するピーク位
置検出回路である。このピーク位置検出回路は、１フィ
ールド期間において検出されたピーク位置が、合焦検出
領域を水平、垂直方向に所定個数に分割したどの領域に
位置するかを検出し、その水平、垂直座標を出力するも
のである。

16はフォーカシングレンズの移動位置を検出するフォ
ーカシングエンコーダ、17は絞り２の開口量を検出する
アイリスエンコーダである。

18はシステム全体を統括して制御し、ピーク位置検出
回路15より出力されたバンドパスフイルタ12の出力に基
づく高周波成分の１フィールド期間内におけるピーク値
及びそのピーク位置座標、被写体判別フィルタ11の出力
に基づく被写体コントラスト情報、ボケ幅検出回路13の
出力に基づくボケ幅情報を取り込んで所定のアルゴリズ
ムにしたがつて演算し、これらの時系列的な変化から、
合焦検出領域の撮像画面上における位置、大きさの設定
すなわち被写体の自動追尾を行なうとともに、合焦点の
得られるフォーカシングレンズの移動方向及び移動速度
等を演算する論理制御装置であり、たとえばマイクロコ
ンピユータによつて構成され、その内部には図示しない
入出力ポート,A/D変換器，リードオンリメモリ（RO
M），ランダムアクセスメモリ（RAM）を備えている。

すなわち、バンドパスフイルタ12の出力に基づく高周
波成分の１フィールド期間内におけるピーク値及びその
ピーク位置座標にもとづいて、各フィールドごとに被写
体の移動を検出し、その変化したピーク位置すなわち被
写体位置を中心とする位置に合焦検出領域を設定すべく
ゲート回路14にゲートパルスを供給してこれを開閉制御
し、映像信号の合焦検出領域内に相当する部分の映像信
号のみを通過させる。

また論理制御部18は、設定された合焦検出領域内に相
当する映像信号に基いて、被写体に対する合焦検出を行
い、焦点調節を行なう。すなわちボケ幅検出回路13より
供給されたボケ幅情報とバンドパスフィルタ12より供給
された高周波成分のピーク値情報を取り込み、１フィー
ルド期間におけるボケ幅が最小に、高周波成分のピーク
値が最大となる位置へとフォーカシングレンズ１を駆動
すべくフォーカス駆動回路９にフォーカシングモータ10
の回転方向、回転速度、回転／停止等の制御信号を供給
し、これを制御する この際、論理制御装置18は、合焦度に応じて、また絞
りエンコーダ25によつて検出された絞り値から演算した
被写界深度に応じて、合焦検出領域の大きさ、移動範
囲、移動応答速度を制御する。

このようにして、動きのある被写体を自動追尾しなが
ら焦点を合わせ続けることができる。

ここで本発明において、合焦検出にボケ幅検出回路13
より出力されたボケ幅信号と、バンドパスフィルタ12よ
り出力された高周波成分のピーク値を用いているのは、
以下の理由による。すなわちボケ幅は合焦点に近付くほ
ど小さい値となつて合焦点で最小となり、被写体のコン
トラストの影響を受けにくいため高い合焦検出精度を得
ることが出来る特長を有する反面、ダイナミツクレンジ
が狭く、合焦点を大きく外れると十分な検出精度を得る
ことができない。

これに対して、高周波成分は、ダイナミツクレンジが
広く、合焦点を大きく外れても合焦度に応じた出力を得
ることができる反面、コントラストの影響を大きく受け
るため全体にボケ幅検出情報ほどの合焦精度を得ること
ができない。

したがつて、これらを組み合わせることにより、ダイ
ナミツクレンジが広く、且つ合焦点近傍で高い検出精度
の得られる合焦検出方法を実現することができる。

また論理制御装置18は、被写体判別フィルタ11の出力
に基づいて撮像画面内の合焦検出領域内におけるコント
ラストを取り込んで常時検出し、これによつて撮像面内
における被写体の有無を判別している。

すなわち被写体像が撮像面外に出てしまつたり、大ボ
ケ状態で被写体と背景のコントラストがほとんど得られ
ない状態では被写体の判別自体困難となりこれを正確に
追尾することができず、誤動作を生じやすく焦点調節も
正確に行なうことはできない。

本発明はこの点を考慮し、撮像面内のコントラストか
ら被写体の有無を判別し被写体が存在しない場合には、
合焦検出領域の移動すなわち被写体追尾動作を中止し、
合焦検出領域の不自然な移動、被写体以外のものを誤検
出することによる誤動作等を防止している。

また論理制御装置18から出力されたゲートパルスは、
ゲート回路14だけでなく、表示回路19を介して所定の信
号処理を施された後、プロセス回路７より出力されるテ
レビジヨン信号に重畳され、モニタ20へと供給され、モ
ニタ画面内に合焦検出領域をスーパーインポーズするこ
とができるように構成されている。

次に本発明の自動合焦装置による合焦検出領域の制御
動作を第２図に示すフローチャートを参照しながら順を
追って説明する。

第２図において、制御フローをスタートすると、ステ
ツプS1で絞りエンコーダ18で検出されたフィールドごと
の絞り値が論理制御装置18内でA/D変換された後論理制
御装置18内のメモリに読み込まれる。ステツプS2ではボ
ケ幅検出回路13より出力されたそのフィールドにおける
ボケ幅情報が、ステツプS3ではバンドパスフィルタ12よ
り出力されたそのフィールドにおけるピーク値情報がそ
れぞれ論理制御装置18内でA/D変換されてメモリに読み
込まれる。ステツプS4では、ステツプS1〜S3で求められ
た絞り値情報、ボケ幅情報、高周波成分ピーク値情報か
ら合焦検出を行い、フォーカシングレンズ１の駆動方向
及び合焦度に応じた駆動速度を演算して決定する。この
際フォーカシングレンズの速度は、絞り値から求めた被
写界深度を考慮して補正される。この被写界深度及び速
度の決定に際しては、論理制御部18内のROMにあらかじ
め情報テーブルを記憶しておき、これを参照して決定す
ることにより、演算時間を短縮し、プログラムを簡略化
することができる。

ステツプS5では、ステツプS4で決定されたフォーカシ
ングレンズ駆動情報（フォーカシングモータ駆動速度、
駆動方向、駆動／停止等の制御信号）をフォーカス駆動
回路９に供給してフォーカシングモータ10を駆動し、フ
ォーカシングレンズ１を合焦点へと駆動する。

ステツプS6では、被写体判別フィルタ11より出力され
たそのフィールドにおけるアナログのコントラスト情報
をA/D変換し手論理制御装置18内の所定の領域に読み込
み、ステツプS7において、所定の演算を行い、被写体の
コントラストを判別する。具体的には、被写体判別フィ
ルタ11より出力された輝度信号レベルの情報を所定の閾
値と比較して被写体のコントラストを判別し、高周波成
分のピーク値の変化に基づいた精度の高い自動追尾が可
能であるか、あるいは低輝度で被写体追尾が不可能であ
るかが判断される。

ステツプS7で被写体のコントラストが十分高く合焦検
出領域内に被写体が確実に存在し、高精度の被写体追尾
が可能であると判断された場合には、ステツプS8に進ん
で、ピーク位置検出回路15より出力されたそのフィール
ドにおける高周波成分のピーク値検出位置の水平及び垂
直座標が論理制御装置18内に読み込まれ、A/D変換され
て所定のメモリ領域に記憶される。

続いてステツプS9では、ステツプS8で求められた高周
波成分のピーク値検出位置の水平及び垂直座標の情報に
基いて、このピーク位置を中心とするような合焦検出領
域の移動位置が演算される。この際、合焦検出領域の設
定位置を前回のフィールドにおける情報との比較のみに
よつて決定せず、過去所定数のフィールドにおける情報
の平均を取ることにより、ノイズ等の影響のない安定し
た位置設定を行うことができる（たとえば本出願人が先
に出願した特願平１−213921号に開示されている合焦検
出領域の設定方法を適用することができる）。

そしてステツプS10では、ステツプS9で演算された位
置に合焦検出領域を実際に移動すべく、ゲート回路14に
ゲートパルスを供給して、撮像面内における合焦検出領
域の設定位置を更新し、ステツプS1へと戻つて次のフィ
ールドの制御に移行する。

このようにして、動きのある被写体をそのピーク検出
位置の移動を検出することによつて自動追尾するもので
ある。

上述のステツプS7において、被写体判別フィルタ11よ
り取り込んだ被写体輝度の情報を演算した結果、被写体
が低輝度で精度の高い追尾が不可能であると判断された
場合には、被写体が合焦検出領域内に存在しないか、あ
るいは極端な大ボケ状態であつて被写体の判別が困難な
状態であり、被写体追尾を続けても誤動作を生じるばか
りか、合焦検出領域の移動が不安定となり合焦動作自体
困難となるため、ステツプS12へと進んで合焦検出領域
の位置をリセツト位置に強制的に設定し、追尾動作を中
止する。合焦検出領域のリセツト動作は、たとえばあら
かじめ撮像画面の略中央部に設定されていたリセツト位
置座標を設定してステツプS10へと移行し、そのリセツ
ト位置に応じたゲートパルスをゲート回路14に出力する
ことによつて行われる（合焦検出領域のリセツト位置に
ついては第３図に示す）。これによつて追尾不能時の合
焦検出領域の動きが自然になる 尚、この時、合焦検出領域の表示をモニタＭの画面上
において点滅表示としたり、警告表示を行ったり、警告
音を発生させることにより、撮影者に注意を促してもよ
い。

以上の制御フローをフィールド周期で繰り返し行うこ
とにより、動きのある被写体に対して焦点を合わせ続け
ながらこれを自動追尾することができる。

尚、上述のフローチャートにおいて、ステツプS9で示
す合焦検出領域の位置すなわち被写体追尾位置設定ルー
チンにおいては、高周波成分のピーク位置座標にもとづ
いて次のフィールドにおける合焦検出領域の設定位置が
演算されるが、この際、ステツプS1で求められた被写界
深度に応じて、合焦検出領域の大きさ，移動の応答速度
を同時に制御することにより、さらに被写体の状況に適
応した追尾動作を行うことができる。その方法として
は、被写界深度に応じが合焦検出領域の大きさ、移動速
度の情報テーブルを論理制御部18内のROMにあらかじめ
記憶しておき、これを参照することによつて設定動作を
行うことができる。

具体的な動作は、被写界深度が深いときは、合焦検出
領域の大きさは大きく、垂直方向の移動範囲は小さく、
応答速度は遅くする。すなわち被写界深度が深いとき
は、主要被写体に関係なく撮像画面上の多くの点で合焦
しやすくなるので、画像の高周波成分のピーク点は激し
く変化してバラツキが大きくなり、正常なピーク点追尾
動作が困難になる。言い換えれば、被写界深度が深く、
合焦しやすい状態では、合焦させるための被写体追尾動
作の必要性が少なくなる。したがつてこのような場合
は、合焦検出領域の大きさを出来るだけ大きくし、主要
被写体が合焦検出領域内に位置する確立を上げ、より自
然な追尾動作を可能とすることができるわけである。

逆に被写界深度が浅い場合には、合焦、非合焦状態で
合焦度な変化が大きく、主要被写体に合焦しやすい状態
となり、また撮像画面上においても被写体の特徴を表す
高周波成分のピーク値を検出しやすくなるため、合焦検
出領域の大きさを小さくし、確実に主要被写体に合焦さ
せるとともに、これを正確に追尾し得るように制御する
ものである。

これらの合焦検出領域の大きさの制御については、第
３図にて図示する。

以上述べたように、被写体追尾撮影時に、合焦検出領
域内の被写体判別フィルタの出力を監視し、その出力の
大小により、追尾可能状態と追尾不能状態とに制御を分
岐させ、それぞれの状態に適した合焦検出領域の制御を
行うことにより、被写体の状況にかかわらず不自然さの
ない快適な追尾撮像を実現することができる。

上述の実施例によれば、被写体追尾動作の可能、不可
能を全域フィルタによつて構成された被写体判別フィル
タを用いて行っていたが、これに限るものではなく、た
とえば前記バンドパスフィルタ、ボケ幅検出回路の出力
を用いても、被写体の判別を行うことができる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明における自動合焦装置によ
れば、合焦検出領域内における被写体の存在の有無を判
別する手段を備え、被写体の追尾が可能であるときと、
不能であるときとで合焦検出領域を制御アルゴリズムを
変更し、各状態に応じた最適制御を行うことができるよ
うにしたので、被写体の追尾が不可能な状態においても
誤動作のない自然で品位がよくかつ安定な被写体追尾撮
影を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における自動合焦装置の構成を示すブロ
ツク図、 第２図は本発明の自動合焦装置の制御動作を説明するた
めのフローチャートである。 第３図は本発明の自動合焦装置における合焦検出領域の
撮像面内における位置関係を示す図である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−231578（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−38918（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−249477（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−103616（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 5/225 - 5/232

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮影光学系によって撮像画面上に結像され
   た被写体像の合焦度を検出するための合焦検出領域を前
   記撮像画面内において移動可能な自動合焦装置であっ
   て、 前記合焦検出領域内に相当する画像信号中より被写体像
   の特徴を表す信号成分を識別することによって被写体位
   置を検出する位置検出手段と、 前記位置検出手段の情報に基づいて前記合焦検出領域の
   設定位置を演算する演算手段と、 前記演算手段の演算結果に基づいて前記合焦検出領域を
   設定する領域設定手段と、 前記画像信号のレベルを所定レベルと比較することによ
   って、前記画像信号中より前記被写体像の特徴を表す信
   号成分を識別可能か否かを判定する判定手段と、 前記判定手段により、前記被写体像の特徴を表す信号成
   分を識別不能であると判定されたとき前記合焦検出領域
   の設定位置の更新を中止して所定の位置に前記合焦検出
   領域を設定する手段とを備えたことを特徴とする自動合
   焦装置。