JP3715722B2 - 自動焦点調節装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラや電子スチルカメラなどに用いられる自動焦点調節装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ビデオカメラなどの映像機器に用いられる自動焦点調節方式として、ＣＣＤなどの撮像素子から得られる映像信号中の高周波成分を抽出し、この高周波成分が最大となるように撮影レンズを駆動して焦点調節を行う、いわゆる山登り方式が知られている。
【０００３】
このような自動焦点調節方式では、焦点調節用の特殊な光学部材が不要であり、遠方でも近くでも距離によらず正確にピントを合わせることができる等の長所がある。図９は従来の自動焦点調節装置の構成を示すブロック図である。
【０００４】
被写体からの光は、固定された第１レンズ群１０１ａ、変倍を行う第２レンズ群１０２ａ、絞り１０３ａ、固定された第３レンズ群１０４ａ、および変倍による焦点面の移動を補正するコンペンセーション機能と焦点調節機能とを兼ね備えた第４レンズ群（以下、フォーカスレンズという）１０５ａを通って、撮像素子１０６ａの上に結像する。
【０００５】
フォーカスレンズ１０５ａは、フォーカスモータ１１５ａによって光軸方向に移動して焦点合わせを行い、変倍レンズ１０２ａは、ズームモータ１１７ａによって光軸方向に移動して変倍動作を行い、焦点距離を可変する。撮像素子１０６ａの撮像面上に結像した被写体像は、電気信号に光電変換され、映像信号として出力される。
【０００６】
この映像信号は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）１０７ａでサンプルホールドされ、自動利得制御回路（ＡＧＣ）１０８ａで所定のレベルに増幅され、Ａ／Ｄ変換器１０９ａでディジタル映像データに変換され、この後、カメラ信号処理回路に入力して標準テレビジョン信号に変換されると共に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１０ａに入力する。
【０００７】
ＢＰＦ１１０ａは映像信号中の高周波数成分を抽出する。抽出された高周波成分は絶対値化回路（ＡＢＳ回路）１１１ａで全て正極性の信号に変換される。さらに、ゲート信号発生器１１９ａの出力で示された画面内の焦点検出領域に設定された部分に相当する信号のみを、検波回路１１２ａでピークホールドや積分などに整流化することで、垂直同期信号の整数倍に同期した間隔でＡＦ評価値を生成する。
【０００８】
このＡＦ評価値はマイクロコンピュータ（マイコン）９０１に取り込まれ、マイコン９０１内で合焦度に応じたフォーカシング速度およびＡＦ評価値が増加するようにモータ駆動方向を決定し、フォーカスモータ１１５ａの速度および方向をフォーカスモータドライバ１１４ａに指示することで、フォーカスモータ１１５ａを介してフォーカスレンズ１０５ａを光軸方向に動かし、焦点調節を行う。
【０００９】
図１０はマイコン９０１によって実行される自動焦点調節動作の処理手順を示すフローチャートである。マイコン９０１は、垂直同期信号の整数倍に同期した間隔でＡＦ評価値を取り込み、以下に示す各動作を完了すると次の動作に移行するＡＦ制御ループを形成する。
【００１０】
まず、電源投入時などにより起動し（ステップＳ１００１）、ＡＦ評価値のレベルなどで速度制御と方向制御を行うことで、常にＡＦ評価値が大きくなるようにフォーカスレンズ１０５ａを駆動し、山登り制御を行う（ステップＳ１００２）。山登り制御を完了すると、山の頂上を一度オーバーシュートしてから戻すことで山の頂点を判定し（ステップＳ１００２）、最もレベルの高い点で停止し、再起動待機に入る（ステップＳ１００４）。
【００１１】
再起動待機では、ＡＦ評価値のレベルが停止したときのレベルより下がったことが検出されると、再起動が行われ（ステップＳ１００５）、ステップＳ１００２の処理に戻る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の自動焦点調節装置では、被写体により合焦や非合焦のレベルが異なるにもかかわらず、自動焦点調節動作は単なるＡＦ評価値信号の増減だけに頼っている。このため、被写体によっては非合焦のまま誤って停止したり、合焦点を大きくオーバーシュートしたり、モータ速度が遅くて合焦までに時間がかかってしまうなど、マイコンの誤判断による不具合が発生することがあった。特に、低コントラスト被写体と低照度被写体は、いずれも出力が小さいので、識別が困難であり、それぞれの特性に合わせた制御を行うことが難しかった。
【００１３】
そこで、本発明は、被写体や撮影条件によって誤判断することなく安定して合焦する自動焦点調節装置および方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る自動焦点調節装置は、撮像手段で撮像される画面内の焦点検出領域の高域成分を焦点信号として抽出する抽出手段と、前記抽出される焦点信号に基づき、フォーカスレンズを駆動して前記撮像手段で撮像される画像の焦点を調節する駆動手段とを備えた自動焦点調節装置において、前記撮像手段で撮像される被写体の２次元画像を複数の周波数成分に変換する２次元変換手段と、前記変換された各周波数成分の時間変動の大きさが所定値以上であるか否かを判別する判別手段と、前記撮像手段で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値より小さい場合には、前記抽出手段による抽出範囲を拡大するとともに前記駆動手段によるフォーカスレンズの駆動を遅くする一方、前記撮像手段で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値よりも大きい場合には、前記抽出手段による抽出範囲を拡大しつつ高域をカットするとともに前記駆動手段によるフォーカスレンズの駆動を遅くする可変手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る自動焦点調節装置では、請求項２に係る自動焦点調節装置において前記２次元変換手段は、前記２次元画像を一時的に記憶する記憶手段と、該記憶された２次元画像を直交変換する２次元直交変換手段と、該直交変換された結果得られる前記周波数成分を帯域毎にグループ分けするグルーピング手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る自動焦点調節装置では、請求項２に係る自動焦点調節装置において前記２次元直交変換手段は、２次元ディスクリートコサイン変換を行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る自動焦点調節装置では、請求項２に係る自動焦点調節装置において前記２次元直交変換手段は、前記２次元画像を水平８画素×垂直８画素の画素ブロックに分割し、該分割された画素ブロック毎に２次元ディスクリートコサイン変換を行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る自動焦点調節装置では、請求項１に係る自動焦点調節装置において前記可変手段は、前記抽出手段の周波数特性を変更することを特徴とする。
【００１９】
請求項６に係る自動焦点調節装置では、請求項１に係る自動焦点調節装置において前記可変手段は、前記駆動手段の駆動速度を変更することを特徴とする。
【００２０】
請求項７に係る自動焦点調節装置は、請求項１に係る自動焦点調節装置において前記抽出手段で抽出される焦点信号を平均化する平均化手段を備え、前記可変手段は前記平均化手段の特性を変更することを特徴とする。
【００２１】
請求項８に係る自動焦点調節装置は、撮像手段で撮像される画面内の焦点検出領域の高域成分を焦点信号として抽出する抽出手段と、前記抽出される焦点信号に基づき、フォーカスレンズを駆動して前記撮像手段で撮像される画像の焦点を調節する駆動手段とを備えた自動焦点調節装置において、前記撮像手段で撮像される被写体画像をライン毎に複数の周波数成分に変換する変換手段と、前記変換された各周波数成分の時間変動の大きさが所定値以上であるか否かを判別する判別手段と、前記撮像手段で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値より小さい場合には、前記抽出手段による抽出範囲を拡大するとともに前記駆動手段によるフォーカスレンズの駆動を遅くする一方、前記撮像手段で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値よりも大きい場合には、前記抽出手段による抽出範囲を拡大しつつ高域をカットするとともに前記駆動手段によるフォーカスレンズの駆動を遅くする可変手段とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項９に係る自動焦点調節方法は、撮像装置で撮像される画面内の焦点検出領域の高域成分を焦点信号として抽出する抽出ステップと、前記抽出される焦点信号に基づき、フォーカスレンズを駆動して前記撮像装置で撮像される画像の焦点を調節する駆動ステップとを備えた自動焦点調節方法において、前記撮像装置で撮像される被写体の２次元画像を複数の周波数成分に変換する２次元変換ステップと、前記変換された各周波数成分の時間変動の大きさが所定値以上であるか否かを判別する判別ステップと、前記撮像装置で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値より小さい場合には、前記抽出ステップにおいて抽出範囲を拡大するとともに前記駆動ステップにおいてフォーカスレンズの駆動を遅くする一方、前記撮像装置で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値よりも大きい場合には、前記抽出ステップにおいて抽出範囲を拡大しつつ高域をカットするとともに前記駆動ステップにおいてフォーカスレンズの駆動を遅くする可変ステップとを備えたことを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の自動焦点調節装置および方法の実施の形態について説明する。
【００２９】
［第１の実施の形態］
図１は第１の実施の形態における自動焦点調節装置の構成を示すブロック図である。被写体からの光は、固定された第１レンズ群１０１、変倍を行う第２レンズ群１０２、絞り１０３、固定された第３レンズ群１０４、および変倍による焦点面の移動を補正するコンペンセーション機能と焦点調節機能とを兼ね備えた第４レンズ群１０５（以下、フォーカスレンズという）を通って、撮像素子１０６の上に結像する。
【００３０】
フォーカスレンズ１０５は、フォーカスモータ１１５によって光軸方向に移動して焦点合わせを行い、変倍レンズ１０２は、ズームモータ１１７によって光軸方向に移動して変倍動作を行い、焦点距離を可変する。撮像素子１０６の撮像面上に結像した被写体像は、電気信号に光電変換され、映像信号として出力される。
【００３１】
この映像信号は、ＣＤＳ１０７でサンプルホールドされ、自動利得制御回路（ＡＧＣ）１０８で所定のレベルに増幅され、Ａ／Ｄ変換器１０９でディジタル映像データに変換される。この後、カメラ信号処理回路に入力して標準テレビジョン信号に変換されると共に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１０に入力する。
【００３２】
ＢＰＦ１１０は映像信号中の高周波数成分を抽出する。抽出された高周波成分は絶対値化回路（ＡＢＳ回路）１１１で全て正極性の信号に変換される。さらに、ゲート信号発生器１１９の出力で示された画面内の焦点検出領域に設定された部分に相当する信号のみを、検波回路１１２でピークホールドや積分などに整流化することにより垂直同期信号の整数倍に同期した間隔でＡＦ評価値を生成する。
【００３３】
このＡＦ評価値はマイコン１１３に取り込まれ、マイコン１１３内で合焦度に応じたフォーカシング速度およびＡＦ評価値が増加するようにモータ駆動方向を決定し、フォーカスモータ１１５の速度および方向をフォーカスモータドライバ１１４に指示し、フォーカスモータ１１５を介してフォーカスレンズ１０５を光軸方向に動かし、焦点調節を行う。
【００３４】
１１８は被写体周波数認識および変動検出回路であり、Ａ／Ｄ変換器１０９で変換されたディジタル映像データを入力し、認識結果および変動検出結果をマイコン１１３に出力する。
【００３５】
図２は被写体周波数認識および変動検出回路１１８の構成を示すブロック図である。被写体周波数認識および変動検出回路１１８は、フレームメモリ２０１、２次元ＤＣＴユニット２０２、グルーピング回路２０３、重み付け回路２０４、パターン抽出回路２０５、パターンメモリ２０６、比較回路２０７、周波数限定回路２０８、１フレーム遅延回路２０９、演算回路２１０および比較回路２１１から構成される。
【００３６】
ディジタル映像データは、フレームメモリ２０１で１フレーム単位で記憶され、そのうち水平と垂直のそれぞれ８×８画素ずつを２次元ＤＣＴユニット２０２で順次２次元ディスクリートコサイン変換（以下、２次元ＤＣＴという）して周波数領域データに変換する。
【００３７】
グルーピング回路２０３では、この周波数領域データをほぼ同じ帯域が１つのグループになるようにａ〜ｈまでにグループ分けし、グループの中の最大データをグループの代表値Ａ〜Ｈとする。
【００３８】
重み付け回路２０４は、各グループの代表値Ａ〜Ｈが最適になるように定数Ｋａ〜Ｋｈを乗算することで重み付けする。この重み付け定数は、低域〜高域まで一様に存在する一定のレベル信号を入力したときに、全てのグループの代表値がほぼ同じレベルになるように決定される。
【００３９】
パターン抽出回路２０５は、重み付けされたＫａ・Ａ〜Ｋｈ・Ｈのレベルの変わり方や大小関係のパターンを抽出し、比較回路２０７は抽出したパターンを予めパターンメモリ２０６に記憶されたパターンデータと比較することで、８×８画素の画像がどのような被写体であるのか、合焦か非合焦かなどを認識し、マイコン１１３に被写体認識結果を出力する。
【００４０】
これと同時に、重み付け回路２０４の出力は周波数限定回路２０８に入力する。周波数限定回路２０８は特定の成分のみを抽出し（ここでは、直流成分を除く全ての高域成分、Ｋｂ・Ｂ〜Ｋｈ・Ｈを抽出する）、１フレーム遅延回路２０９で遅延された１フレーム前の信号Ｋｂ・Ｂ’〜Ｋｈ・Ｈ’と現在の信号Ｋｂ・Ｂ〜Ｋｈ・Ｈとを演算回路２１０に入力する。
【００４１】
演算回路２１０は、各成分の差の絶対値の総和（Ｋｂ・｜Ｂ−Ｂ’｜＋ ……＋Ｋｈ・｜Ｈ−Ｈ’｜）を求めて出力する。演算の結果、比較回路２１１で閾値ＴＨと比較され、閾値ＴＨ以上のときは変動大としてマイコン１１３に変動検出結果が出力される。
【００４２】
図３は１フレームの画素の分割を示す図である。３０３は画面の１フレームである。３０１は１画素であり、３０２は８×８画素ずつに分割されたブロックである。３０４はゲート信号発生器１１９の出力で示される画面内の焦点検出領域である。
【００４３】
図４は２次元ＤＣＴユニット２０２で２次元ＤＣＴが行われた周波数領域データを示す図である。同図（ａ）では、左右が水平成分で、上下が垂直成分で、右や下に行くほど周波数が高くなる。値１１はほぼ直流成分を表す。同図（ｂ）はグルーピングの様子を示す。ａ１、ｂ１〜ｂ３、ｃ１〜ｃ５、ｄ１〜ｄ７、ｅ１〜ｅ９、ｆ１〜ｆ１１、ｇ１〜ｇ１３、ｈ１〜ｈ１５はそれぞれほぼ同じ周波数帯のデータであるので、同じグループとして分類し、それら各グループ内のデータのうち最も大きい値のデータを代表データとし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈとする。
【００４４】
重み付け回路２０４は周波数領域データＡ〜Ｈにそれぞれ各周波数に最適なＫａ〜Ｋｈの係数を乗算することで重み付けする。図５はパターンメモリに予め記憶されたパターンデータを示す図である。同図（ａ）は通常の被写体（被写体１）の合焦状態を表し、低域成分から高域成分までまんべんなく存在する。
【００４５】
同図（ｂ）は通常の被写体（被写体１）で非合焦の状態を表す。同図（ｂ）は同図（ａ）の周波数特性にレンズ光学系のローパス特性を掛け合わせたような特性を示し、低域成分は同図（ａ）の合焦状態と同じであるが、高域成分はなくなっている。
【００４６】
同図（ｃ）は低コントラスト被写体（被写体２）の合焦状態を表し、これも低域成分から高域成分までまんべんなく存在するが、全体的にレベルが低い。
【００４７】
同図（ｄ）は低コントラスト被写体（被写体２）の非合焦状態を表し、同図（ｃ）の高域成分がなくなった周波数分布をしている。
【００４８】
同図（ｅ）は細かい被写体（被写体３）の合焦状態を表し、低域成分が少なく、高域成分が多くなっている。
【００４９】
同図（ｆ）は細かい被写体（被写体３）の非合焦状態を表し、同図（ｅ）の高域成分がなくなった周波数分布をしている。
【００５０】
同図（ｇ）および（ｈ）は予めパターンメモリ２０６に記憶された同図（ｃ）および（ｄ）の低コントラスト被写体と比べて周波数分布は似ているが、各成分の時間変動が大きい。ここで、白丸「○」は同一被写体を撮影し続けたときの数フィールド前のデータを表し、現在のデータを表す黒丸「●」との間にレベル差があることがわかる。このように、周波数領域データの時間変動が大きい、言い換えるとノイズ成分が多い被写体は、実は低コントラスト被写体ではなく低照度被写体であることを意味している。
【００５１】
図６は被写体周波数認識結果および変動検出結果に基づき、マイコン１１３によって実行される焦点調節処理手順を示すフローチャートである。電源投入時やＡＦオン時に初期化して起動する（ステップＳ６０１）。焦点検出領域（ＡＦゲート）内の全ての８×８画素のブロックの認識結果および変動検出結果を全てマイコン１１３内のメモリに取り込む（ステップＳ６０２）。取り込まれた認識結果から合焦や非合焦にかかわらず、全て低コントラスト被写体であるか否かを判別する（ステップＳ６０３）。
【００５２】
低コントラスト被写体でないと判別された場合、通常被写体に設定するため、ＢＰＦ１１０の特性を中高域に設定し（ステップＳ６１２）、モータ速度を速めに設定し（ステップＳ６１３）、合焦点でのオーバーシュート閾値を通常に設定する（ステップＳ６１４）。
【００５３】
ステップＳ６０３ですべてが低コントラスト被写体であると判別された場合、まず、合焦点でのオーバーシュート閾値を大きめに設定する（ステップＳ６０６）。変動検出結果が大きいか否かを判別し（ステップＳ６１８）、変動検出結果が小さい場合、低コントラスト被写体であると推定できるので、ＢＰＦ１１０の特性を全域に設定し（ステップＳ６０４）、モータ速度を標準より遅めに設定する（ステップＳ６０５）。
【００５４】
一方、ステップＳ６１８で変動検出結果が大きいと判別された場合、低コントラスト被写体ではなく、低照度被写体であると推定できるので、最適な低照度被写体に設定するため、ノイズ成分を除去するためＡＦ評価値の平均化処理（アベレージング）を行い（ステップＳ６１９）、フィルタを全域より高域をややカットした帯域に設定し（ステップＳ６２０）、アベレージングしたＡＦ評価値でも十分に山登り制御を行えるようにモータ速度を低速に設定する（ステップＳ６２１）。
【００５５】
取り込まれた認識結果から全てが非合焦でかつ再起動待機中であるか否かを判別し（ステップＳ６１５）、非合焦でかつ再起動待機中の場合、誤って非合焦のまま停止していると推論できるので、強制的に再起動をかける（ステップＳ６１６）。
【００５６】
通常の山登り自動焦点調節動作を行い（ステップＳ６１７）、再びステップＳ６０２に戻ってループを繰り返す。通常、このループは垂直同期信号の整数倍に同期して行われる。
【００５７】
ここで、ＡＦ評価値のアベレージングについて説明する。所定のｎフィールドまたはｎフレームのＡＦ評価値をＶｎ、それよりｍフィールド前またはｍフレーム前のＡＦ評価値をＶｎ−ｍ、ｎフィールドのアベレージング評価値をＶａｎとすると、数式１を用いてＡＦ評価値のアベレージングを行うことができる。
【００５８】
【数１】
Ｖａｎ＝（Ｖｎ＋Ｖｎ−１＋Ｖｎ−２）／３
信号変動量が大きい場合、さらに多くの過去の情報を用いた数式２により、さらに大幅なノイズの除去を行うことができる。
【００５９】
【数２】
Ｖａｎ＝（Ｖｎ＋Ｖｎ−１＋Ｖｎ−２＋Ｖｎ−３）／４
また、数式３を用いてフィールド毎またはフレーム毎に計算してもよい。
【００６０】
【数３】
Ｖａｎ＝Ｋ・Ｖｎ＋（１−Ｋ）・Ｖａｎ−１ ただし、０＜Ｋ＜１
尚、本実施の形態では、被写体周波数認識を焦点検出領域内だけで行ったが、フレーム全域で行ってもよい。また、８×８の画素ブロックより大きい画素ブロック単位で認識を行ってもよいし、小さい画素ブロック単位で認識を行ってもよい。さらに、グルーピング回路２０３でグループの最大値を代表値にしたが、グループ内の全ての値を加算したものを代表値にしてもかまわない。
【００６１】
また、予め記憶しておく被写体のパターンデータをさらに増やし、マイコン１１３内でもそれに合わせて条件分岐を増やすことで、さらに高性能な自動焦点調節を実現するようにしてもよい。
【００６２】
さらに、被写体周波数認識回路１１８内ではフレームメモリ２０１で１フレーム分の画像を記憶した後、被写体周波数認識を行ったが、自動焦点調節動作には高速性が要求されるので、インターレースのカメラの場合、フィールドメモリで１フィールド分だけを記憶し、フィールド画像に対して被写体周波数認識を行うようにしてもよい。
【００６３】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態における自動焦点調節装置について説明する。本実施の形態における自動焦点調節装置では、前記第１の実施の形態と比べて被写体周波数認識回路の構成が異なるだけなので、その他の構成要素については説明を省略する。
【００６４】
図７は第２の実施の形態における被写体周波数認識回路の構成を示すブロック図である。被写体周波数認識および変動検出回路２１８は、ラインメモリ７０１、ＤＣＴユニット７０２、重み付け回路７０３、パターン抽出回路７０４、パターンメモリ７０６、比較回路７０５、周波数限定回路７０８、１フレーム遅延回路７０９、演算回路７１０および比較回路７１１から構成される。
【００６５】
全体のブロックは前記第１の実施の形態と同じであるが、第２の実施の形態では被写体周波数認識および変動検出を８×８画素の正方ブロック毎でなく水平ライン毎に認識する。図８は水平ライン方向データを示す図である。
【００６６】
本実施の形態における被写体周波数認識および変動検出回路２１８では、被写体周波数認識および変動検出に１次元の水平ライン方向データ８０２を用いることにより比較的低価格な回路で構成することが可能になる。ディジタル映像データはラインメモリ７０１でライン単位に記憶され、そのうち焦点検出領域の画素はＤＣＴユニット７０２で順次ＤＣＴにより周波数領域データ（ａ０〜ａｎ）に変換される。
【００６７】
重み付け回路７０３で各変換データが最適になるように、定数Ｋ０〜Ｋｎを乗算することで重み付けする。この重み付け定数は、低域から高域まで一様に存在する一定レベルの信号を入力したときに、全ての周波数領域データの値がほぼ同じレベルになるように決定される。
【００６８】
パターン抽出回路７０４では、重み付けされたＫ０・ａ０〜Ｋｎ・ａｎのレベルの変わり方や大小関係のパターンを抽出し、比較回路７０５で予めパターンメモリ７０６に記憶しておいたパターンと比較することで、ライン画像がどのような被写体であるのか、合焦か非合焦かなどを認識し、その認識結果をマイコン１１３に出力する。
【００６９】
また、これと同時に、重み付け回路７０３の出力は周波数限定回路７０８に入力し、周波数限定回路７０８は特定の成分のみを抽出し（ここでは、直流成分を除く全ての高域成分、Ｋ１・ａ１〜Ｋｎ・ａｎを抽出する）、１フレーム遅延回路７０９で遅延された１フレーム前の信号Ｋ１・ａ１’〜Ｋｎ・ａｎ’と現在の信号Ｋ１・ａ１〜Ｋｎ・ａｎが演算回路７１０に入力する。演算回路７１０では、各成分の差の絶対値の総和（Ｋ１・｜ａ１−ａ１’｜＋ …… ＋Ｋｎ・｜ａｎ−ａｎ’｜）を求めて出力する。
【００７０】
この演算結果は、比較回路７１１で閾値ＴＨと比較され、閾値ＴＨ以上のときは変動大としてマイコン１１３に変動検出結果が出力される。マイコン１１３では、前記第１の実施の形態と同じようなアルゴリズムで、自動焦点調節の制御を行う。
【００７１】
尚、前記第１の実施の形態および第２の実施の形態では、周波数領域の変換に直交変換の１つであるＤＣＴを用いたが、他の直交変換手段でも構わないし、ティスクリートフーリエ変換（ＤＦＴ）や高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いても構わない。
【００７２】
また、本発明は複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、１つの機器からなる装置に適用してもよい。また、本発明はシステムあるいは装置にプログラムを供給することによって達成される場合にも適用できることはいうまでもない。この場合、本発明を達成するためのソフトウェアによって表されるプログラムを格納した記憶媒体をシステムあるいは装置に読み出すことによってそのシステムあるいは装置が本発明の効果を享受することが可能となる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る自動焦点調節装置によれば、撮影条件を特定して自動焦点動作を行うことができる。特に、低照度被写体や低コントラスト被写体など従来から苦手であった被写体を大幅に減少することが可能である。したがって、被写体や撮影条件によって誤判断することなく安定して合焦を行うことができる。
【００７４】
請求項２に係る自動焦点調節装置によれば、前記２次元変換手段は、前記２次元画像を一時的に記憶する記憶手段と、該記憶された２次元画像を直交変換する２次元直交変換手段と、該直交変換された結果得られる前記周波数成分を帯域毎にグループ分けするグルーピング手段とを備えたので、グループ分けされた帯域毎の結果を用いることにより処理を簡単にできる。
【００７５】
請求項３に係る自動焦点調節装置によれば、前記２次元直交変換手段は、２次元ディスクリートコサイン変換を行うので、マイクロコンピュータを用いて容易に変換することができる。
【００７６】
請求項４に係る自動焦点調節装置によれば、前記２次元直交変換手段は、前記２次元画像を水平８画素×垂直８画素の画素ブロックに分割し、該分割された画素ブロック毎に２次元ディスクリートコサイン変換を行うので、適当な大きさの画素ブロックにすることにより変換時間を短くできる。
【００７７】
請求項５に係る自動焦点調節装置によれば、前記可変手段は、前記抽出手段の周波数特性を変更するので、被写体や撮影条件にかかわらず安定して合焦することができる。
【００７８】
請求項６に係る自動焦点調節装置によれば、前記可変手段は、前記駆動手段の駆動速度を変更するので、被写体や撮影条件にかかわらず安定して合焦することができる。
【００７９】
請求項７に係る自動焦点調節装置によれば、前記抽出手段で抽出される焦点信号を平均化する平均化手段を備え、前記可変手段は前記平均化手段の特性を変更するので、被写体や撮影条件にかかわらず安定して合焦することができる。
【００８０】
請求項８に係る自動焦点調節装置によれば、水平ライン毎に判別することで低価格な回路構成を実現できる。
【００８６】
請求項９に係る自動焦点調節方法によれば、低照度被写体や低コントラスト被写体など従来から苦手被写体を大幅に減少することが可能であり、被写体な撮影条件によって誤判断することなく安定して合焦することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における自動焦点調節装置の構成を示すブロック図である。
【図２】被写体周波数認識および変動検出回路１１８の構成を示すブロック図である。
【図３】１フレームの画素の分割を示す図である。
【図４】２次元ＤＣＴユニット２０２で２次元ＤＣＴが行われた周波数領域データを示す図である。
【図５】パターンメモリに予め記憶されたパターンデータを示す図である。
【図６】被写体周波数認識結果および変動検出結果に基づき、マイコン１１３によって実行される焦点調節処理手順を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態における被写体周波数認識回路の構成を示すブロック図である。
【図８】水平ライン方向データを示す図である。
【図９】従来の自動焦点調節装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】マイコン９０１によって実行される自動焦点調節動作の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１０ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１１３ マイクロコンピュータ
１１５ フォーカスモータ
１１８ 被写体周波数認識および変動検出回路
１１９ ゲート信号発生器
２０１ フレームメモリ
２０２ ２次元ＤＣＴユニット
２０３ グルーピング回路
２０４、７０３ 重み付け回路
２０５、７０４ パターン抽出回路
２０７、７０５ 比較回路
７０１ ラインメモリ
７０２ ＤＣＴユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラや電子スチルカメラなどに用いられる自動焦点調節装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ビデオカメラなどの映像機器に用いられる自動焦点調節方式として、ＣＣＤなどの撮像素子から得られる映像信号中の高周波成分を抽出し、この高周波成分が最大となるように撮影レンズを駆動して焦点調節を行う、いわゆる山登り方式が知られている。
【０００３】
このような自動焦点調節方式では、焦点調節用の特殊な光学部材が不要であり、遠方でも近くでも距離によらず正確にピントを合わせることができる等の長所がある。図９は従来の自動焦点調節装置の構成を示すブロック図である。
【０００４】
被写体からの光は、固定された第１レンズ群１０１ａ、変倍を行う第２レンズ群１０２ａ、絞り１０３ａ、固定された第３レンズ群１０４ａ、および変倍による焦点面の移動を補正するコンペンセーション機能と焦点調節機能とを兼ね備えた第４レンズ群（以下、フォーカスレンズという）１０５ａを通って、撮像素子１０６ａの上に結像する。
【０００５】
フォーカスレンズ１０５ａは、フォーカスモータ１１５ａによって光軸方向に移動して焦点合わせを行い、変倍レンズ１０２ａは、ズームモータ１１７ａによって光軸方向に移動して変倍動作を行い、焦点距離を可変する。撮像素子１０６ａの撮像面上に結像した被写体像は、電気信号に光電変換され、映像信号として出力される。
【０００６】
この映像信号は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）１０７ａでサンプルホールドされ、自動利得制御回路（ＡＧＣ）１０８ａで所定のレベルに増幅され、Ａ／Ｄ変換器１０９ａでディジタル映像データに変換され、この後、カメラ信号処理回路に入力して標準テレビジョン信号に変換されると共に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１０ａに入力する。
【０００７】
ＢＰＦ１１０ａは映像信号中の高周波数成分を抽出する。抽出された高周波成分は絶対値化回路（ＡＢＳ回路）１１１ａで全て正極性の信号に変換される。さらに、ゲート信号発生器１１９ａの出力で示された画面内の焦点検出領域に設定された部分に相当する信号のみを、検波回路１１２ａでピークホールドや積分などに整流化することで、垂直同期信号の整数倍に同期した間隔でＡＦ評価値を生成する。
【０００８】
このＡＦ評価値はマイクロコンピュータ（マイコン）９０１に取り込まれ、マイコン９０１内で合焦度に応じたフォーカシング速度およびＡＦ評価値が増加するようにモータ駆動方向を決定し、フォーカスモータ１１５ａの速度および方向をフォーカスモータドライバ１１４ａに指示することで、フォーカスモータ１１５ａを介してフォーカスレンズ１０５ａを光軸方向に動かし、焦点調節を行う。
【０００９】
図１０はマイコン９０１によって実行される自動焦点調節動作の処理手順を示すフローチャートである。マイコン９０１は、垂直同期信号の整数倍に同期した間隔でＡＦ評価値を取り込み、以下に示す各動作を完了すると次の動作に移行するＡＦ制御ループを形成する。
【００１０】
まず、電源投入時などにより起動し（ステップＳ１００１）、ＡＦ評価値のレベルなどで速度制御と方向制御を行うことで、常にＡＦ評価値が大きくなるようにフォーカスレンズ１０５ａを駆動し、山登り制御を行う（ステップＳ１００２）。山登り制御を完了すると、山の頂上を一度オーバーシュートしてから戻すことで山の頂点を判定し（ステップＳ１００２）、最もレベルの高い点で停止し、再起動待機に入る（ステップＳ１００４）。
【００１１】
再起動待機では、ＡＦ評価値のレベルが停止したときのレベルより下がったことが検出されると、再起動が行われ（ステップＳ１００５）、ステップＳ１００２の処理に戻る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の自動焦点調節装置では、被写体により合焦や非合焦のレベルが異なるにもかかわらず、自動焦点調節動作は単なるＡＦ評価値信号の増減だけに頼っている。このため、被写体によっては非合焦のまま誤って停止したり、合焦点を大きくオーバーシュートしたり、モータ速度が遅くて合焦までに時間がかかってしまうなど、マイコンの誤判断による不具合が発生することがあった。特に、低コントラスト被写体と低照度被写体は、いずれも出力が小さいので、識別が困難であり、それぞれの特性に合わせた制御を行うことが難しかった。
【００１３】
そこで、本発明は、被写体や撮影条件によって誤判断することなく安定して合焦する自動焦点調節装置および方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る自動焦点調節装置は、撮像手段で撮像される画面内の焦点検出領域の高域成分を焦点信号として抽出する抽出手段と、前記抽出される焦点信号に基づき、フォーカスレンズを駆動して前記撮像手段で撮像される画像の焦点を調節する駆動手段とを備えた自動焦点調節装置において、前記撮像手段で撮像される被写体の２次元画像を複数の周波数成分に変換する２次元変換手段と、前記変換された各周波数成分の時間変動の大きさが所定値以上であるか否かを判別する判別手段と、前記撮像手段で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値より小さい場合には、前記抽出手段による抽出範囲を拡大するとともに前記駆動手段によるフォーカスレンズの駆動を遅くする一方、前記撮像手段で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値よりも大きい場合には、前記抽出手段による抽出範囲を拡大しつつ高域をカットするとともに前記駆動手段によるフォーカスレンズの駆動を遅くする可変手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る自動焦点調節装置では、請求項２に係る自動焦点調節装置において前記２次元変換手段は、前記２次元画像を一時的に記憶する記憶手段と、該記憶された２次元画像を直交変換する２次元直交変換手段と、該直交変換された結果得られる前記周波数成分を帯域毎にグループ分けするグルーピング手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る自動焦点調節装置では、請求項２に係る自動焦点調節装置において前記２次元直交変換手段は、２次元ディスクリートコサイン変換を行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る自動焦点調節装置では、請求項２に係る自動焦点調節装置において前記２次元直交変換手段は、前記２次元画像を水平８画素×垂直８画素の画素ブロックに分割し、該分割された画素ブロック毎に２次元ディスクリートコサイン変換を行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る自動焦点調節装置では、請求項１に係る自動焦点調節装置において前記可変手段は、前記抽出手段の周波数特性を変更することを特徴とする。
【００１９】
請求項６に係る自動焦点調節装置では、請求項１に係る自動焦点調節装置において前記可変手段は、前記駆動手段の駆動速度を変更することを特徴とする。
【００２０】
請求項７に係る自動焦点調節装置は、請求項１に係る自動焦点調節装置において前記抽出手段で抽出される焦点信号を平均化する平均化手段を備え、前記可変手段は前記平均化手段の特性を変更することを特徴とする。
【００２１】
請求項８に係る自動焦点調節装置は、撮像手段で撮像される画面内の焦点検出領域の高域成分を焦点信号として抽出する抽出手段と、前記抽出される焦点信号に基づき、フォーカスレンズを駆動して前記撮像手段で撮像される画像の焦点を調節する駆動手段とを備えた自動焦点調節装置において、前記撮像手段で撮像される被写体画像をライン毎に複数の周波数成分に変換する変換手段と、前記変換された各周波数成分の時間変動の大きさが所定値以上であるか否かを判別する判別手段と、前記撮像手段で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値より小さい場合には、前記抽出手段による抽出範囲を拡大するとともに前記駆動手段によるフォーカスレンズの駆動を遅くする一方、前記撮像手段で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値よりも大きい場合には、前記抽出手段による抽出範囲を拡大しつつ高域をカットするとともに前記駆動手段によるフォーカスレンズの駆動を遅くする可変手段とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項９に係る自動焦点調節方法は、撮像装置で撮像される画面内の焦点検出領域の高域成分を焦点信号として抽出する抽出ステップと、前記抽出される焦点信号に基づき、フォーカスレンズを駆動して前記撮像装置で撮像される画像の焦点を調節する駆動ステップとを備えた自動焦点調節方法において、前記撮像装置で撮像される被写体の２次元画像を複数の周波数成分に変換する２次元変換ステップと、前記変換された各周波数成分の時間変動の大きさが所定値以上であるか否かを判別する判別ステップと、前記撮像装置で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値より小さい場合には、前記抽出ステップにおいて抽出範囲を拡大するとともに前記駆動ステップにおいてフォーカスレンズの駆動を遅くする一方、前記撮像装置で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値よりも大きい場合には、前記抽出ステップにおいて抽出範囲を拡大しつつ高域をカットするとともに前記駆動ステップにおいてフォーカスレンズの駆動を遅くする可変ステップとを備えたことを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の自動焦点調節装置および方法の実施の形態について説明する。
【００２９】
［第１の実施の形態］
図１は第１の実施の形態における自動焦点調節装置の構成を示すブロック図である。被写体からの光は、固定された第１レンズ群１０１、変倍を行う第２レンズ群１０２、絞り１０３、固定された第３レンズ群１０４、および変倍による焦点面の移動を補正するコンペンセーション機能と焦点調節機能とを兼ね備えた第４レンズ群１０５（以下、フォーカスレンズという）を通って、撮像素子１０６の上に結像する。
【００３０】
フォーカスレンズ１０５は、フォーカスモータ１１５によって光軸方向に移動して焦点合わせを行い、変倍レンズ１０２は、ズームモータ１１７によって光軸方向に移動して変倍動作を行い、焦点距離を可変する。撮像素子１０６の撮像面上に結像した被写体像は、電気信号に光電変換され、映像信号として出力される。
【００３１】
この映像信号は、ＣＤＳ１０７でサンプルホールドされ、自動利得制御回路（ＡＧＣ）１０８で所定のレベルに増幅され、Ａ／Ｄ変換器１０９でディジタル映像データに変換される。この後、カメラ信号処理回路に入力して標準テレビジョン信号に変換されると共に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１０に入力する。
【００３２】
ＢＰＦ１１０は映像信号中の高周波数成分を抽出する。抽出された高周波成分は絶対値化回路（ＡＢＳ回路）１１１で全て正極性の信号に変換される。さらに、ゲート信号発生器１１９の出力で示された画面内の焦点検出領域に設定された部分に相当する信号のみを、検波回路１１２でピークホールドや積分などに整流化することにより垂直同期信号の整数倍に同期した間隔でＡＦ評価値を生成する。
【００３３】
このＡＦ評価値はマイコン１１３に取り込まれ、マイコン１１３内で合焦度に応じたフォーカシング速度およびＡＦ評価値が増加するようにモータ駆動方向を決定し、フォーカスモータ１１５の速度および方向をフォーカスモータドライバ１１４に指示し、フォーカスモータ１１５を介してフォーカスレンズ１０５を光軸方向に動かし、焦点調節を行う。
【００３４】
１１８は被写体周波数認識および変動検出回路であり、Ａ／Ｄ変換器１０９で変換されたディジタル映像データを入力し、認識結果および変動検出結果をマイコン１１３に出力する。
【００３５】
図２は被写体周波数認識および変動検出回路１１８の構成を示すブロック図である。被写体周波数認識および変動検出回路１１８は、フレームメモリ２０１、２次元ＤＣＴユニット２０２、グルーピング回路２０３、重み付け回路２０４、パターン抽出回路２０５、パターンメモリ２０６、比較回路２０７、周波数限定回路２０８、１フレーム遅延回路２０９、演算回路２１０および比較回路２１１から構成される。
【００３６】
ディジタル映像データは、フレームメモリ２０１で１フレーム単位で記憶され、そのうち水平と垂直のそれぞれ８×８画素ずつを２次元ＤＣＴユニット２０２で順次２次元ディスクリートコサイン変換（以下、２次元ＤＣＴという）して周波数領域データに変換する。
【００３７】
グルーピング回路２０３では、この周波数領域データをほぼ同じ帯域が１つのグループになるようにａ〜ｈまでにグループ分けし、グループの中の最大データをグループの代表値Ａ〜Ｈとする。
【００３８】
重み付け回路２０４は、各グループの代表値Ａ〜Ｈが最適になるように定数Ｋａ〜Ｋｈを乗算することで重み付けする。この重み付け定数は、低域〜高域まで一様に存在する一定のレベル信号を入力したときに、全てのグループの代表値がほぼ同じレベルになるように決定される。
【００３９】
パターン抽出回路２０５は、重み付けされたＫａ・Ａ〜Ｋｈ・Ｈのレベルの変わり方や大小関係のパターンを抽出し、比較回路２０７は抽出したパターンを予めパターンメモリ２０６に記憶されたパターンデータと比較することで、８×８画素の画像がどのような被写体であるのか、合焦か非合焦かなどを認識し、マイコン１１３に被写体認識結果を出力する。
【００４０】
これと同時に、重み付け回路２０４の出力は周波数限定回路２０８に入力する。周波数限定回路２０８は特定の成分のみを抽出し（ここでは、直流成分を除く全ての高域成分、Ｋｂ・Ｂ〜Ｋｈ・Ｈを抽出する）、１フレーム遅延回路２０９で遅延された１フレーム前の信号Ｋｂ・Ｂ’〜Ｋｈ・Ｈ’と現在の信号Ｋｂ・Ｂ〜Ｋｈ・Ｈとを演算回路２１０に入力する。
【００４１】
演算回路２１０は、各成分の差の絶対値の総和（Ｋｂ・｜Ｂ−Ｂ’｜＋ ……＋Ｋｈ・｜Ｈ−Ｈ’｜）を求めて出力する。演算の結果、比較回路２１１で閾値ＴＨと比較され、閾値ＴＨ以上のときは変動大としてマイコン１１３に変動検出結果が出力される。
【００４２】
図３は１フレームの画素の分割を示す図である。３０３は画面の１フレームである。３０１は１画素であり、３０２は８×８画素ずつに分割されたブロックである。３０４はゲート信号発生器１１９の出力で示される画面内の焦点検出領域である。
【００４３】
図４は２次元ＤＣＴユニット２０２で２次元ＤＣＴが行われた周波数領域データを示す図である。同図（ａ）では、左右が水平成分で、上下が垂直成分で、右や下に行くほど周波数が高くなる。値１１はほぼ直流成分を表す。同図（ｂ）はグルーピングの様子を示す。ａ１、ｂ１〜ｂ３、ｃ１〜ｃ５、ｄ１〜ｄ７、ｅ１〜ｅ９、ｆ１〜ｆ１１、ｇ１〜ｇ１３、ｈ１〜ｈ１５はそれぞれほぼ同じ周波数帯のデータであるので、同じグループとして分類し、それら各グループ内のデータのうち最も大きい値のデータを代表データとし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈとする。
【００４４】
重み付け回路２０４は周波数領域データＡ〜Ｈにそれぞれ各周波数に最適なＫａ〜Ｋｈの係数を乗算することで重み付けする。図５はパターンメモリに予め記憶されたパターンデータを示す図である。同図（ａ）は通常の被写体（被写体１）の合焦状態を表し、低域成分から高域成分までまんべんなく存在する。
【００４５】
同図（ｂ）は通常の被写体（被写体１）で非合焦の状態を表す。同図（ｂ）は同図（ａ）の周波数特性にレンズ光学系のローパス特性を掛け合わせたような特性を示し、低域成分は同図（ａ）の合焦状態と同じであるが、高域成分はなくなっている。
【００４６】
同図（ｃ）は低コントラスト被写体（被写体２）の合焦状態を表し、これも低域成分から高域成分までまんべんなく存在するが、全体的にレベルが低い。
【００４７】
同図（ｄ）は低コントラスト被写体（被写体２）の非合焦状態を表し、同図（ｃ）の高域成分がなくなった周波数分布をしている。
【００４８】
同図（ｅ）は細かい被写体（被写体３）の合焦状態を表し、低域成分が少なく、高域成分が多くなっている。
【００４９】
同図（ｆ）は細かい被写体（被写体３）の非合焦状態を表し、同図（ｅ）の高域成分がなくなった周波数分布をしている。
【００５０】
同図（ｇ）および（ｈ）は予めパターンメモリ２０６に記憶された同図（ｃ）および（ｄ）の低コントラスト被写体と比べて周波数分布は似ているが、各成分の時間変動が大きい。ここで、白丸「○」は同一被写体を撮影し続けたときの数フィールド前のデータを表し、現在のデータを表す黒丸「●」との間にレベル差があることがわかる。このように、周波数領域データの時間変動が大きい、言い換えるとノイズ成分が多い被写体は、実は低コントラスト被写体ではなく低照度被写体であることを意味している。
【００５１】
図６は被写体周波数認識結果および変動検出結果に基づき、マイコン１１３によって実行される焦点調節処理手順を示すフローチャートである。電源投入時やＡＦオン時に初期化して起動する（ステップＳ６０１）。焦点検出領域（ＡＦゲート）内の全ての８×８画素のブロックの認識結果および変動検出結果を全てマイコン１１３内のメモリに取り込む（ステップＳ６０２）。取り込まれた認識結果から合焦や非合焦にかかわらず、全て低コントラスト被写体であるか否かを判別する（ステップＳ６０３）。
【００５２】
低コントラスト被写体でないと判別された場合、通常被写体に設定するため、ＢＰＦ１１０の特性を中高域に設定し（ステップＳ６１２）、モータ速度を速めに設定し（ステップＳ６１３）、合焦点でのオーバーシュート閾値を通常に設定する（ステップＳ６１４）。
【００５３】
ステップＳ６０３ですべてが低コントラスト被写体であると判別された場合、まず、合焦点でのオーバーシュート閾値を大きめに設定する（ステップＳ６０６）。変動検出結果が大きいか否かを判別し（ステップＳ６１８）、変動検出結果が小さい場合、低コントラスト被写体であると推定できるので、ＢＰＦ１１０の特性を全域に設定し（ステップＳ６０４）、モータ速度を標準より遅めに設定する（ステップＳ６０５）。
【００５４】
一方、ステップＳ６１８で変動検出結果が大きいと判別された場合、低コントラスト被写体ではなく、低照度被写体であると推定できるので、最適な低照度被写体に設定するため、ノイズ成分を除去するためＡＦ評価値の平均化処理（アベレージング）を行い（ステップＳ６１９）、フィルタを全域より高域をややカットした帯域に設定し（ステップＳ６２０）、アベレージングしたＡＦ評価値でも十分に山登り制御を行えるようにモータ速度を低速に設定する（ステップＳ６２１）。
【００５５】
取り込まれた認識結果から全てが非合焦でかつ再起動待機中であるか否かを判別し（ステップＳ６１５）、非合焦でかつ再起動待機中の場合、誤って非合焦のまま停止していると推論できるので、強制的に再起動をかける（ステップＳ６１６）。
【００５６】
通常の山登り自動焦点調節動作を行い（ステップＳ６１７）、再びステップＳ６０２に戻ってループを繰り返す。通常、このループは垂直同期信号の整数倍に同期して行われる。
【００５７】
ここで、ＡＦ評価値のアベレージングについて説明する。所定のｎフィールドまたはｎフレームのＡＦ評価値をＶｎ、それよりｍフィールド前またはｍフレーム前のＡＦ評価値をＶｎ−ｍ、ｎフィールドのアベレージング評価値をＶａｎとすると、数式１を用いてＡＦ評価値のアベレージングを行うことができる。
【００５８】
【数１】
Ｖａｎ＝（Ｖｎ＋Ｖｎ−１＋Ｖｎ−２）／３
信号変動量が大きい場合、さらに多くの過去の情報を用いた数式２により、さらに大幅なノイズの除去を行うことができる。
【００５９】
【数２】
Ｖａｎ＝（Ｖｎ＋Ｖｎ−１＋Ｖｎ−２＋Ｖｎ−３）／４
また、数式３を用いてフィールド毎またはフレーム毎に計算してもよい。
【００６０】
【数３】
Ｖａｎ＝Ｋ・Ｖｎ＋（１−Ｋ）・Ｖａｎ−１ ただし、０＜Ｋ＜１
尚、本実施の形態では、被写体周波数認識を焦点検出領域内だけで行ったが、フレーム全域で行ってもよい。また、８×８の画素ブロックより大きい画素ブロック単位で認識を行ってもよいし、小さい画素ブロック単位で認識を行ってもよい。さらに、グルーピング回路２０３でグループの最大値を代表値にしたが、グループ内の全ての値を加算したものを代表値にしてもかまわない。
【００６１】
また、予め記憶しておく被写体のパターンデータをさらに増やし、マイコン１１３内でもそれに合わせて条件分岐を増やすことで、さらに高性能な自動焦点調節を実現するようにしてもよい。
【００６２】
さらに、被写体周波数認識回路１１８内ではフレームメモリ２０１で１フレーム分の画像を記憶した後、被写体周波数認識を行ったが、自動焦点調節動作には高速性が要求されるので、インターレースのカメラの場合、フィールドメモリで１フィールド分だけを記憶し、フィールド画像に対して被写体周波数認識を行うようにしてもよい。
【００６３】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態における自動焦点調節装置について説明する。本実施の形態における自動焦点調節装置では、前記第１の実施の形態と比べて被写体周波数認識回路の構成が異なるだけなので、その他の構成要素については説明を省略する。
【００６４】
図７は第２の実施の形態における被写体周波数認識回路の構成を示すブロック図である。被写体周波数認識および変動検出回路２１８は、ラインメモリ７０１、ＤＣＴユニット７０２、重み付け回路７０３、パターン抽出回路７０４、パターンメモリ７０６、比較回路７０５、周波数限定回路７０８、１フレーム遅延回路７０９、演算回路７１０および比較回路７１１から構成される。
【００６５】
全体のブロックは前記第１の実施の形態と同じであるが、第２の実施の形態では被写体周波数認識および変動検出を８×８画素の正方ブロック毎でなく水平ライン毎に認識する。図８は水平ライン方向データを示す図である。
【００６６】
本実施の形態における被写体周波数認識および変動検出回路２１８では、被写体周波数認識および変動検出に１次元の水平ライン方向データ８０２を用いることにより比較的低価格な回路で構成することが可能になる。ディジタル映像データはラインメモリ７０１でライン単位に記憶され、そのうち焦点検出領域の画素はＤＣＴユニット７０２で順次ＤＣＴにより周波数領域データ（ａ０〜ａｎ）に変換される。
【００６７】
重み付け回路７０３で各変換データが最適になるように、定数Ｋ０〜Ｋｎを乗算することで重み付けする。この重み付け定数は、低域から高域まで一様に存在する一定レベルの信号を入力したときに、全ての周波数領域データの値がほぼ同じレベルになるように決定される。
【００６８】
パターン抽出回路７０４では、重み付けされたＫ０・ａ０〜Ｋｎ・ａｎのレベルの変わり方や大小関係のパターンを抽出し、比較回路７０５で予めパターンメモリ７０６に記憶しておいたパターンと比較することで、ライン画像がどのような被写体であるのか、合焦か非合焦かなどを認識し、その認識結果をマイコン１１３に出力する。
【００６９】
また、これと同時に、重み付け回路７０３の出力は周波数限定回路７０８に入力し、周波数限定回路７０８は特定の成分のみを抽出し（ここでは、直流成分を除く全ての高域成分、Ｋ１・ａ１〜Ｋｎ・ａｎを抽出する）、１フレーム遅延回路７０９で遅延された１フレーム前の信号Ｋ１・ａ１’〜Ｋｎ・ａｎ’と現在の信号Ｋ１・ａ１〜Ｋｎ・ａｎが演算回路７１０に入力する。演算回路７１０では、各成分の差の絶対値の総和（Ｋ１・｜ａ１−ａ１’｜＋ …… ＋Ｋｎ・｜ａｎ−ａｎ’｜）を求めて出力する。
【００７０】
この演算結果は、比較回路７１１で閾値ＴＨと比較され、閾値ＴＨ以上のときは変動大としてマイコン１１３に変動検出結果が出力される。マイコン１１３では、前記第１の実施の形態と同じようなアルゴリズムで、自動焦点調節の制御を行う。
【００７１】
尚、前記第１の実施の形態および第２の実施の形態では、周波数領域の変換に直交変換の１つであるＤＣＴを用いたが、他の直交変換手段でも構わないし、ティスクリートフーリエ変換（ＤＦＴ）や高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いても構わない。
【００７２】
また、本発明は複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、１つの機器からなる装置に適用してもよい。また、本発明はシステムあるいは装置にプログラムを供給することによって達成される場合にも適用できることはいうまでもない。この場合、本発明を達成するためのソフトウェアによって表されるプログラムを格納した記憶媒体をシステムあるいは装置に読み出すことによってそのシステムあるいは装置が本発明の効果を享受することが可能となる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る自動焦点調節装置によれば、撮影条件を特定して自動焦点動作を行うことができる。特に、低照度被写体や低コントラスト被写体など従来から苦手であった被写体を大幅に減少することが可能である。したがって、被写体や撮影条件によって誤判断することなく安定して合焦を行うことができる。
【００７４】
請求項２に係る自動焦点調節装置によれば、前記２次元変換手段は、前記２次元画像を一時的に記憶する記憶手段と、該記憶された２次元画像を直交変換する２次元直交変換手段と、該直交変換された結果得られる前記周波数成分を帯域毎にグループ分けするグルーピング手段とを備えたので、グループ分けされた帯域毎の結果を用いることにより処理を簡単にできる。
【００７５】
請求項３に係る自動焦点調節装置によれば、前記２次元直交変換手段は、２次元ディスクリートコサイン変換を行うので、マイクロコンピュータを用いて容易に変換することができる。
【００７６】
請求項４に係る自動焦点調節装置によれば、前記２次元直交変換手段は、前記２次元画像を水平８画素×垂直８画素の画素ブロックに分割し、該分割された画素ブロック毎に２次元ディスクリートコサイン変換を行うので、適当な大きさの画素ブロックにすることにより変換時間を短くできる。
【００７７】
請求項５に係る自動焦点調節装置によれば、前記可変手段は、前記抽出手段の周波数特性を変更するので、被写体や撮影条件にかかわらず安定して合焦することができる。
【００７８】
請求項６に係る自動焦点調節装置によれば、前記可変手段は、前記駆動手段の駆動速度を変更するので、被写体や撮影条件にかかわらず安定して合焦することができる。
【００７９】
請求項７に係る自動焦点調節装置によれば、前記抽出手段で抽出される焦点信号を平均化する平均化手段を備え、前記可変手段は前記平均化手段の特性を変更するので、被写体や撮影条件にかかわらず安定して合焦することができる。
【００８０】
請求項８に係る自動焦点調節装置によれば、水平ライン毎に判別することで低価格な回路構成を実現できる。
【００８６】
請求項９に係る自動焦点調節方法によれば、低照度被写体や低コントラスト被写体など従来から苦手被写体を大幅に減少することが可能であり、被写体な撮影条件によって誤判断することなく安定して合焦することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における自動焦点調節装置の構成を示すブロック図である。
【図２】被写体周波数認識および変動検出回路１１８の構成を示すブロック図である。
【図３】１フレームの画素の分割を示す図である。
【図４】２次元ＤＣＴユニット２０２で２次元ＤＣＴが行われた周波数領域データを示す図である。
【図５】パターンメモリに予め記憶されたパターンデータを示す図である。
【図６】被写体周波数認識結果および変動検出結果に基づき、マイコン１１３によって実行される焦点調節処理手順を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態における被写体周波数認識回路の構成を示すブロック図である。
【図８】水平ライン方向データを示す図である。
【図９】従来の自動焦点調節装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】マイコン９０１によって実行される自動焦点調節動作の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１０ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１１３ マイクロコンピュータ
１１５ フォーカスモータ
１１８ 被写体周波数認識および変動検出回路
１１９ ゲート信号発生器
２０１ フレームメモリ
２０２ ２次元ＤＣＴユニット
２０３ グルーピング回路
２０４、７０３ 重み付け回路
２０５、７０４ パターン抽出回路
２０７、７０５ 比較回路
７０１ ラインメモリ
７０２ ＤＣＴユニット
Claims (9)
- 撮像手段で撮像される画面内の焦点検出領域の高域成分を焦点信号として抽出する抽出手段と、前記抽出される焦点信号に基づき、フォーカスレンズを駆動して前記撮像手段で撮像される画像の焦点を調節する駆動手段とを備えた自動焦点調節装置において、
前記撮像手段で撮像される被写体の２次元画像を複数の周波数成分に変換する２次元変換手段と、
前記変換された各周波数成分の時間変動の大きさが所定値以上であるか否かを判別する判別手段と、
前記撮像手段で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値より小さい場合には、前記抽出手段による抽出範囲を拡大するとともに前記駆動手段によるフォーカスレンズの駆動を遅くする一方、前記撮像手段で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値よりも大きい場合には、前記抽出手段による抽出範囲を拡大しつつ高域をカットするとともに前記駆動手段によるフォーカスレンズの駆動を遅くする可変手段とを備えたことを特徴とする自動焦点調節装置。 - 前記２次元変換手段は、前記２次元画像を一時的に記憶する記憶手段と、
前記記憶された２次元画像を直交変換する２次元直交変換手段と、
前記直交変換された結果得られる前記周波数成分を帯域毎にグループ分けするグルーピング手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の自動焦点調節装置。 - 前記２次元直交変換手段は、２次元ディスクリートコサイン変換を行うことを特徴とする請求項２記載の自動焦点調節装置。
- 前記２次元直交変換手段は、前記２次元画像を水平８画素×垂直８画素の画素ブロックに分割し、前記分割された画素ブロック毎に２次元ディスクリートコサイン変換を行うことを特徴とする請求項２記載の自動焦点調節装置。
- 前記可変手段は、前記抽出手段の周波数特性を変更することを特徴とする請求項１記載の自動焦点調節装置。
- 前記可変手段は、前記駆動手段の駆動速度を変更することを特徴とする請求項１記載の自動焦点調節装置。
- 前記抽出手段で抽出される焦点信号を平均化する平均化手段を備え、
前記可変手段は前記平均化手段の特性を変更することを特徴とする請求項１記載の自動焦点調節装置。 - 撮像手段で撮像される画面内の焦点検出領域の高域成分を焦点信号として抽出する抽出手段と、前記抽出される焦点信号に基づき、フォーカスレンズを駆動して前記撮像手段で撮像される画像の焦点を調節する駆動手段とを備えた自動焦点調節装置において、
前記撮像手段で撮像される被写体画像をライン毎に複数の周波数成分に変換する変換手段と、
前記変換された各周波数成分の時間変動の大きさが所定値以上であるか否かを判別する判別手段と、
前記撮像手段で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値より小さい場合には、前記抽出手段による抽出範囲を拡大するとともに前記駆動手段によるフォーカスレンズの駆動を遅くする一方、前記撮像手段で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値よりも大きい場合には、前記抽出手段による抽出範囲を拡大しつつ高域をカットするとともに前記駆動手段によるフォーカスレンズの駆動を遅くする可変手段とを備えたことを特徴とする自動焦点調節装置。 - 撮像装置で撮像される画面内の焦点検出領域の高域成分を焦点信号として抽出する抽出ステップと、前記抽出される焦点信号に基づき、フォーカスレンズを駆動して前記撮像装置で撮像される画像の焦点を調節する駆動ステップとを備えた自動焦点調節方法において、
前記撮像装置で撮像される被写体の２次元画像を複数の周波数成分に変換する２次元変換ステップと、
前記変換された各周波数成分の時間変動の大きさが所定値以上であるか否かを判別する判別ステップと、
前記撮像装置で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値より小さい場合には、前記抽出ステップにおいて抽出範囲を拡大するとともに前記駆動ステップにおいてフォーカスレンズの駆動を遅くする一方、前記撮像装置で撮像される被写体の画像が低コントラストであって、前記判別結果に基づく時間変動の大きさが所定値よりも大きい場合には、前記抽出ステップにおいて抽出範囲を拡大しつつ高域をカットするとともに前記駆動ステップにおいてフォーカスレンズの駆動を遅くする可変ステップとを備えたことを特徴とする自動焦点調節方法。
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