JP4553570B2 - オートフォーカスカメラ - Google Patents

Description

この発明は、オートフォーカスカメラに関し、特にたとえばディジタルビデオカメラに適用され、フォーカスレンズを合焦位置に設定する、オートフォーカスカメラに関する。

従来のこの種のオートフォーカスカメラの一例が、特許文献１に開示されている。この従来技術は、画面に形成された複数のブロックについてそれぞれ求められた焦点評価値のうち、低コントラストブロックおよび高輝度ブロック以外のブロックで求められた焦点評価値に基づいて、フォーカスを制御しようとするものである。これによって、光源のような高輝度の被写体を撮影するときに、輝度の飽和に起因して焦点を誤って評価し、フォーカス調整に失敗する事態を回避することができる。
特開２００２−１８２１０６号公報［Ｇ０２Ｂ ７／２８］

しかし、従来技術では、フォーカス制御にあたって高輝度ブロックで求められた焦点評価値を排除するため、夜景のように複数の点光源が現れる被写界を撮影するときには、フォーカスを調整できないという問題がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、様々な被写界について正確なフォーカス調整を行うことができる、オートフォーカスカメラを提供することである。

請求項１の発明に従うオートフォーカスカメラは、レンズと撮像面との相対位置を段階的に変位させる変位手段、変位手段によって設定された複数の相対位置の各々で被写界を撮影する撮影手段、撮影手段によって撮影された複数の被写界像の各々の高域周波数成分に基づく合焦度を評価する第１評価手段、複数の被写界像の各々に占める高輝度画像の割合を評価する第２評価手段、第２評価手段によって評価された高輝度画像の割合が大きいほど小さな値となる複数の被写界像の各々に対応する複数の補正量をそれぞれ加算することによって第１評価手段によって評価された複数の合焦度を補正する補正手段、および補正手段によって補正された複数の補正合焦度に基づいて合焦点を特定する特定手段を備える。

レンズと撮像面との相対位置は、変位手段によって段階的に変位される。撮影手段は、かかる変位手段によって設定された複数の相対位置の各々で被写界を撮影する。複数の被写界像の各々の合焦度は第１評価手段によって評価され、複数の被写界像の各々に占める高輝度画像の割合は第２評価手段によって評価される。補正手段は、評価された複数の合焦度を評価された複数の割合に基づいてそれぞれ補正し、特定手段は、補正された複数の補正合焦度に基づいて合焦点を特定する。

被写界像に占める高輝度画像の割合を評価し、評価された高輝度画像の割合が大きいほど小さな値となる複数の被写界像の各々に対応する複数の補正量をそれぞれ加算することによって合焦度を補正することで、高輝度画像を考慮した合焦度特性が求められる。これによって、正確なフォーカス調整が可能となる。

請求項２の発明に従うオートフォーカスカメラは、請求項１に従属し、補正手段は第２評価手段によって評価された高輝度画像の割合が大きいほど小さな値となる値の各々に係数を掛け算し補正量を算出する掛け算手段を含み、係数は被写界が暗いほど大きい。

係数は、被写界が暗いほど大きく、被写界が明るいほど小さい。かかる係数を高輝度画像の割合に掛け算することによって、高輝度画像の割合が合焦度の補正に及ぼす影響は、被写界が暗いほど大きく、被写界が明るいほど小さい。この結果、複数の点光源が現れる夜景を撮影するときは、点光源を重視したフォーカス調整が実行される。また、蛍光灯などの光源を含む室内風景を撮影するときは、この室内の主要被写体を重視したフォーカス調整が実行される。

請求項３の発明に従うオートフォーカスカメラは、請求項２に従属し、被写界像の輝度を評価する第３評価手段、および第３評価手段によって評価された輝度に基づいて係数を決定する決定手段をさらに備える。被写界像の輝度を評価することで、係数を正確に決定することができる。

請求項４の発明に従うオートフォーカスカメラは、請求項１ないし３のいずれかに従属し、第２評価手段は、複数の被写界像の各々を形成する画素の輝度レベルが閾値を上回るか否かを判別する判別手段、および判別手段の判別結果が肯定的である画素をカウントするカウント手段を含む。輝度レベルが閾値を上回る画素をカウントすることで、高輝度画像の割合を正確に評価することができる。

請求項５の発明に従うオートフォーカスカメラは、請求項１ないし４のいずれかに従属し、補正手段は、被写界像の高周波成分に基づいて合焦度を評価する。

この発明によれば、被写界像に占める高輝度画像の割合を評価し、評価された高輝度画像の割合が大きいほど小さな値となる複数の被写界像の各々に対応する複数の補正量をそれぞれ加算することによって合焦度を補正することで、高輝度画像を考慮した合焦度特性が求められる。これによって、正確なフォーカス調整が可能となる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１を参照して、この実施例のディジタルビデオカメラ１０は、フォーカスレンズ１２および絞りユニット１４を含む。被写界の光学像は、これらの部材を通してイメージセンサ１６の受光面つまり撮像面に照射される。撮像面では、光電変換によって被写界の光学像に対応する電荷つまり生画像信号が生成される。

スルー画像処理つまり被写界のリアルタイム動画像をＬＣＤモニタ３４に表示する処理を実行するとき、ＣＰＵ４４は、絞りの開放をドライバ２０に命令し、プリ露光および間引き読み出しの繰り返しをドライバ２２に命令する。ドライバ２０は、絞りユニット１４の絞り量を開放し、ドライバ２２は、イメージセンサ１６のプリ露光とこれによって生成された生画像信号の間引き読み出しとを繰り返し実行する。プリ露光および間引き読み出しは、１／３０秒毎に発生する垂直同期信号に応答して実行される。これによって、被写界の光学像に対応する低解像度の生画像信号が、３０ｆｐｓのフレームレートでイメージセンサ１６から出力される。

出力された各フレームの生画像信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤ回路２４によってノイズ除去，レベル調整およびＡ／Ｄ変換の一連の処理を施され、これによってディジタル信号である生画像データが得られる。信号処理回路２６は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤ回路２４から出力された生画像データに白バランス調整，色分離，ＹＵＶ変換などの処理を施し、ＹＵＶ形式の画像データを生成する。生成された画像データはメモリ制御回路２８によってＳＤＲＡＭ３０に書き込まれ、その後同じメモリ制御回路２８によって読み出される。ビデオエンコーダ３２は、メモリ制御回路２８によって読み出された画像データをＮＴＳＣフォーマットに従うコンポジットビデオ信号に変換し、変換されたコンポジットビデオ信号をＬＣＤモニタ３４に与える。この結果、被写界のスルー画像がモニタ画面に表示される。

シャッタボタン４２が半押しされると、ＣＰＵ４４は、ＡＥ処理およびＡＦ処理を行う。ＡＥ処理は、次の要領で実行される。信号処理回路２６によって生成された画像データのうちＹデータは、第１輝度評価回路３６に与えられる。第１輝度評価回路３６は、画面上に複数の測光エリアを割り当て、各々の測光エリアに属するＹデータを１フレーム期間毎に積分する。ＣＰＵ４４は、複数の測光エリアでそれぞれ求められた複数の輝度評価値（積分値）を垂直同期信号に応答して取り込み、ドライバ２２に設定されたプリ露光時間および絞りユニット１４の絞り量をかかる輝度評価値に基づいて調整する。

ＡＦ処理は、次の要領で実行される。ＡＦ評価回路３８では、信号処理回路２６によって生成されたＹデータの高域周波数成分が１フレーム期間毎に積算される。これによって、ＡＦ評価値（合焦度）が１フレームに１回の割合で求められる。第２輝度評価回路４０では、比較器４０ａが、同じＹデータの値を数画素に１画素の割合で閾値ＴＨ１と比較する。Ｙデータ値が閾値ＴＨ１を上回れば比較結果は“Ｈ”を示し、Ｙデータ値が閾値ＴＨ１以下であれば比較結果は“Ｌ”を示す。高輝度カウンタ４０ｂは、垂直同期信号に応答して（厳密には垂直同期信号の発生タイミングよりもわずかに遅れて）リセットされ、“Ｈ”を示す比較結果の発生に応答してインクリメントされる。高輝度カウンタ４０ｂのカウント値つまり高輝度カウント値は、被写界に占める高輝度画像の割合を示す。

ＣＰＵ４４は、ＡＦ評価回路３８から出力されたＡＦ評価値と第２輝度評価回路４０から出力された高輝度カウント値とを垂直同期信号に応答して取り込み、これに基づいてドライバ１８を駆動する。この結果、フォーカスレンズ１２が合焦点に設定される。

シャッタボタン４２が全押しされると、ＣＰＵ４４によって画像記録処理が実行される。ＣＰＵ４４はまず、本露光および全画素読み出しをドライバ２２に命令する。ドライバ２２は、イメージセンサ１６の本露光とこれによって生成された生画像信号の全画素読み出しとを１回ずつ実行する。これによって、被写界の光学像に対応する高解像度の生画像信号が、３０ｆｐｓのフレームレートでイメージセンサ１６から出力される。出力された生画像信号は上述と同様の処理によってＹＵＶ形式の画像データに変換され、変換された画像データはメモリ制御回路２８によってＳＤＲＡＭ３０に書き込まれる。

ＣＰＵ４４はまた、画像圧縮命令をＪＰＥＧコーデック４６に向けて発行する。ＪＰＥＧコーデック４６は、メモリ制御回路２８を通してＳＤＲＡＭ３０から１フレームの画像データを読み出し、読み出された画像データにＪＰＥＧ圧縮を施し、そして圧縮画像データつまりＪＰＥＧデータをメモリ制御回路２８を通してＳＤＲＡＭ３０に書き込む。ＣＰＵ４４はさらに、メモリ制御回路２８を通してＳＤＲＡＭ３０からＪＰＥＧデータを順次読み出し、読み出されたＪＰＥＧデータを含む画像ファイルをＩ／Ｆ回路４８を通して記録媒体５０に記録する。このような画像記録処理が完了すると、上述のスルー画像処理が再開される。

ＣＰＵ４４は、詳しくは、図２〜図４に示すフロー図に従う処理を実行する。なお、これらのフロー図に対応する制御プログラムは、フラッシュメモリ５２に記憶されている。

図２を参照して、ステップＳ１では、スルー画像をＬＣＤ３４に表示するべくスルー画像処理を実行する。ステップＳ３ではシャッタボタン４２が半押しされたかどうか判断し、ＹＥＳであれば、ステップＳ５およびＳ７でＡＥ処理およびＡＦ処理をそれぞれ実行する。ステップＳ９ではシャッタボタン４２が全押しされたかどうか判断し、ステップＳ１３ではシャッタボタン４２の操作が解除されたかどうか判断する。シャッタボタン４２が全押しされたときはステップＳ１１に進み、被写界の静止画像を記録媒体５０に記録するべく画像記録処理を実行する。ステップＳ１１の処理が完了すると、ステップＳ１に戻る。シャッタボタン４２の操作が解除されたときは、ステップＳ１３からステップＳ３に戻る。

ステップＳ７に示すＡＦ処理は、図３〜図４に示すフロー図に従って実行される。まずステップＳ２１で初期化処理を行う。これによって、フォーカスレンズ１２が初期位置（無限遠側端部）に配置され、レジスタ４４ａおよび４４ｂがクリアされる。ステップＳ２３およびＳ２５の各々では、垂直同期信号の発生の有無を判別する。ステップＳ２３でＹＥＳと判断された時点で１回目のプリ露光が実行され、ステップＳ２５でＹＥＳと判断された時点で２回目のプリ露光が実行される。

プリ露光を行うフレームとこのプリ露光に基づく電荷を読み出すフレームとの間には、１フレームのずれが存在する。したがって、ステップＳ２５でＹＥＳと判断された時点では、１回目のプリ露光に基づく生画像信号がイメージセンサ１６から出力される。ステップＳ２７では、かかる生画像信号に基づく高輝度カウント値を第２輝度評価回路４０から取り込む。ステップＳ２９では、取り込まれた高輝度カウント値に係数ｍを掛け算し、掛け算値をオフセットとして決定する。

ステップＳ３１では、同じ生画像信号に基づく輝度評価値を第１輝度評価回路３６から取り込み、ステップＳ３３ではかかる輝度評価値を閾値ＴＨ２と比較する。そして、輝度評価値が閾値ＴＨ２以下のときはステップＳ３５で係数ｋを“Ｋ１”に設定し、輝度評価値が閾値ＴＨ２よりも大きいときはステップＳ３７で係数ｋを“Ｋ２”に設定する。

ステップＳ３５またはＳ３７の処理が完了すると、ステップＳ３９でフォーカスレンズを至近側端部に向けて１ステップ移動させる。ステップＳ４１では垂直同期信号の発生の有無を判別し、ＹＥＳであれば、ステップＳ４３で第２輝度評価回路４０から高輝度カウント値を取り込み、ステップＳ４５でＡＦ評価回路３８からＡＦ評価値を取り込む。１回目のステップＳ４３の処理が実行される時点では、２回目のプリ露光に基づく生画像信号がイメージセンサ１６から出力されている。ステップＳ４３および４５では、かかる生画像信号に基づく高輝度カウント値およびＡＦ評価値が取り込まれることになる。

ステップＳ４７では数１に従って補正量を算出し、ステップＳ４９では数２に従ってＡＦ評価値を算出する。

数１によれば、ステップＳ２９で決定されたオフセットとステップＳ４３で取り込まれた高輝度カウント値との差分に係数ｋが掛け算され、これによって補正量が求められる。数２によれば、この補正量がステップＳ４５で取り込まれたＡＦ評価値に加算され、これによって補正ＡＦ評価値が求められる。

ステップＳ５１では、補正ＡＦ評価値をレジスタ４４ａの設定値と比較する。そして、補正ＡＦ評価値が設定値以下であれば直接ステップＳ５５に進むが、補正ＡＦ評価値が設定値を上回るときはステップＳ５３に進む。レジスタ４４ａはステップＳ１の処理によってクリアされるため、最初は必ずステップＳ５３に進む。ステップＳ５３では、現補正ＡＦ評価値つまり直前のステップＳ４９で求められた補正ＡＦ評価値をレジスタ４４ａに登録し、フォーカスレンズ１２の現在位置をレジスタ４４ｂに登録する。

ステップＳ５５ではフォーカスレンズ１２の至近側端部に到達したかどうか判断し、ＮＯであれば、ステップＳ３９〜Ｓ５３の処理を繰り返す。これによって、最大補正ＡＦ評価値がレジスタ４４ａに登録され、最大補正ＡＦ評価値が求められた時点のフォーカスレンズ１２の位置がレジスタ４４ｂに登録される。

ステップＳ５５でＹＥＳと判断されれば、ステップＳ５７でフォーカスレンズ１２を合焦点に設定する。フォーカスレンズ１２の現在位置と合焦点との間には２ステップのずれがあるため、ステップＳ５７では、フォーカスレンズ１２を無限遠側に２ステップ移動させる。移動処理が完了すると、上階層のルーチンに復帰する。

図５に示すような屋内に配置された光源Ｌ１とその下に存在する人物Ｍ１およびテーブルＴ１とを撮影する場合のＡＦ動作と、図６に示すような複数の光源Ｌ２ａ〜Ｌ２ｓが現れる夜の高層ビル群を撮影する場合のＡＦ動作とを、以下に説明する。

図５に示す被写界については、屋内であるゆえに、人物Ｍ１またはテーブルＴ１は十分に明るい。このため、人物Ｍ１またはテーブルＴ１の明るさと光源Ｌ１の明るさとの差分は際立って大きくはない。これに対して、図６に示す被写界については、夜であるゆえに、光源Ｌ２ａ〜Ｌ２ｓの明るさと周囲の明るさとの差分は顕著である。

すると、図５に示す被写界を捉えてＡＦ処理を実行したとき、ＡＦ評価値は図７に示すように変化し、図６に示す被写界を捉えてＡＦ処理を実行したとき、ＡＦ評価値は図８に示すように変化する。図５および図６のいずれにおいても、ＡＦ評価値は、合焦点を中心として山形に変化し、無限遠側または至近側に向かうにつれて上昇する。無限遠側または至近側に向かうにつれてＡＦ評価値が上昇するのは、光源Ｌ１または光源Ｌ２ａ〜Ｌ２ｓに対応するＹデータの高周波成分が、焦点がぼけるにつれて大きくなるからである。

ただし、図５では人物Ｍ１およびテーブルＴ１が十分に明るいため、ＡＦ評価値は合焦点で最大となる。これに対して、図６では周囲の明るさが不十分であるため、合焦点におけるＡＦ評価値は、無限遠側端部または至近側端部におけるＡＦ評価値よりも小さくなる。つまり、合焦点のＡＦ評価値は、極大となるものの、フォーカスレンズ１２の移動範囲で最大となることはない。

撮像面から光源Ｌ１までの距離と撮像面から光源Ｌ２ａ〜Ｌ２ｓまでの距離とが互いに同じであり、かつ図５に示す被写界に占める光源Ｌ１の割合と図６に示す被写界に占める光源Ｌ２ａ〜Ｌ２ｓの割合とが互いに同じであると仮定すると、高輝度カウント値は、図５に示す被写界および図６に示す被写界のいずれについても、図９に実線で示すように変化する。図５に示す被写界にとっては、高輝度カウント値が最小となる位置は、人物Ｍ１から光源Ｌ１までの距離の分だけ、合焦点からずれている。また、図３に示すステップＳ２９の処理によって、図９に点線で示すレベルがオフセットとして決定される。

図３に示すステップＳ３３〜Ｓ３７によれば、輝度評価値つまり被写界の明るさに応じて係数ｋが“Ｋ１”および“Ｋ２”のいずれか一方に設定される。つまり、被写界が暗ければ係数ｋは“Ｋ１”に設定され、被写界が明るければ係数ｋは“Ｋ２”に設定される。ステップＳ４７では、かかる係数ｋをオフセットおよび高輝度カウント値の差分に掛け算することで補正量が求められる。さらに、係数Ｋ１は係数Ｋ２よりも大きい。したがって、図５に示す被写界を捉えたとき、補正量は図１０の曲線αに沿って変化し、図６に示す被写界を捉えたとき、補正量は図１０の曲線βに沿って変化する。

図４に示すステップＳ４９では、補正量をＡＦ評価値に加算することで補正ＡＦ評価値が求められる。したがって、図５に示す被写界を捉えたとき、補正ＡＦ評価値は図１１に実線で示すように変化し、図６に示す被写界を捉えたとき、補正ＡＦ評価値は図１２に実線で示すように変化する。なお、図１１および図１２において一点鎖線で示す曲線は、ＡＦ評価値の変化である。

図１１および図１２のいずれにおいても、補正ＡＦ評価値が最大となる位置はＡＦ評価値が極大となる位置と一致する。したがって、補正ＡＦ評価値に基づいて合焦点を特定でき、正確なフォーカス制御が実現される。つまり、明るさが様々に変化する被写界について、フォーカスを正確に調整することができる。

以上の説明から分かるように、ＡＦ処理を行うとき、フォーカスレンズ１２は、ドライバ１８によって光軸方向に段階的に移動する。イメージセンサ１６は、複数のレンズ位置の各々で被写界を撮影する。撮影された被写界像の合焦度はＡＦ評価回路３８によって評価され、撮影された被写界像に占める高輝度画像の割合は第２輝度評価回路４０によって評価される。ＣＰＵ４４は、ＡＦ評価回路３８によって求められたＡＦ評価値つまり合焦度を第２輝度評価回路４０によって求められた高輝度カウント値つまり高輝度画像の割合に基づいて補正し、補正ＡＦ評価値に基づいて合焦点を特定する。

被写界像に占める高輝度画像の割合を評価し、評価された割合に基づいて合焦度を補正することで、高輝度画像を考慮した合焦度特性が求められる。これによって、正確なフォーカス調整が可能となる。

ＡＦ評価値の補正にあたっては、係数ｋが高輝度カウント値に掛け算される。この係数ｋは、被写界が暗いほど大きく、被写界が明るいほど小さい。かかる係数ｋを高輝度カウント値に掛け算することで、高輝度カウント値が補正ＡＦ評価値に及ぼす影響は、被写界が暗いほど大きく、被写界が明るいほど小さい。

この結果、複数の点光源が現れる夜景を撮影するときは、点光源を重視したフォーカス調整が実行され、蛍光灯などの光源を含む室内風景を撮影するときは、この室内の主要被写体を重視したフォーカス調整が実行される。

なお、この実施例では、フォーカス調整にあたってフォーカスレンズ１２を光軸方向に移動させるようにしているが、フォーカスレンズ１２に代えてあるいはフォーカスレンズ１２とともに、イメージセンサ１６を光軸方向に移動させるようにしてもよい。また、この実施例では、Ｙデータ値を数画素に１画素の割合で閾値と比較するようにしているが、全ての画素のＹデータ値を閾値と比較するようにしてもよい。さらに、この実施例では、ディジタルビデオカメラを用いて説明したが、この発明は銀塩フィルムカメラにも適用できる。

また、この実施例では、図５に示す被写界に関する高輝度カウント値の変化態様と、図６に示す被写界に関する高輝度カウント値の変化態様とは、図９に示すように互いに共通している。しかし、実際の高輝度カウント値の変化態様は、被写界に応じて異なる。

この発明の一実施例を示すブロック図である。 図１実施例の動作の一部を示すフロー図である。 図１実施例の動作の他の一部を示すフロー図である。 図１実施例の動作のその他の一部を示すフロー図である。 図１実施例によって撮影される被写界の一例を示す図解図である。 図１実施例によって撮影される被写界の他の一例を示す図解図である。 図５に示す被写界を撮影したときのＡＦ評価値の変化を示すグラフである。 図６に示す被写界を撮影したときのＡＦ評価値の変化を示すグラフである。 図５または図６に示す被写界を撮影したときの高輝度カウンタ値の変化を示すグラフである。 図５または図６に示す被写界を撮影したときのＡＦ評価値の補正量の変化を示すグラフである。 図５に示す被写界を撮影したときの補正ＡＦ評価値の変化を示すグラフである。 図６に示す被写界を撮影したときの補正ＡＦ評価値の変化を示すグラフである。

符号の説明

１０ …ディジタルビデオカメラ
１２ …フォーカスレンズ
１４ …イメージセンサ
３６ …第１輝度評価回路
３８ …ＡＦ評価回路
４０ …第２輝度評価回路
４４ …ＣＰＵ

Claims (5)

1. レンズと撮像面との相対位置を段階的に変位させる変位手段、
   前記変位手段によって設定された複数の相対位置の各々で被写界を撮影する撮影手段、
   前記撮影手段によって撮影された複数の被写界像の各々の高域周波数成分に基づく合焦度を評価する第１評価手段、
   前記複数の被写界像の各々に占める高輝度画像の割合を評価する第２評価手段、
   前記第２評価手段によって評価された高輝度画像の割合が大きいほど小さな値となる前記複数の被写界像の各々に対応する複数の補正量をそれぞれ加算することによって前記第１評価手段によって評価された複数の合焦度を補正する補正手段、および
   前記補正手段によって補正された複数の補正合焦度に基づいて合焦点を特定する特定手段を備える、オートフォーカスカメラ。
2. 前記補正手段は前記第２評価手段によって評価された高輝度画像の割合が大きいほど小さな値となる値の各々に係数を掛け算し前記補正量を算出する掛け算手段を含み、
   前記係数は前記被写界が暗いほど大きい、請求項１記載のオートフォーカスカメラ。
3. 前記被写界像の輝度を評価する第３評価手段、および
   前記第３評価手段によって評価された輝度に基づいて前記係数を決定する決定手段をさらに備える、請求項２記載のオートフォーカスカメラ。
4. 前記第２評価手段は、前記複数の被写界像の各々を形成する画素の輝度レベルが閾値を上回るか否かを判別する判別手段、および前記判別手段の判別結果が肯定的である画素をカウントするカウント手段を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載のオートフォーカスカメラ。
5. 前記補正手段は前記被写界像の高周波成分に基づいて前記合焦度を評価する、請求項１ないし４のいずれかに記載のオートフォーカスカメラ。

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