JP5153542B2 - 自動焦点調節装置および焦点調節方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電子スチルカメラ等に利用されるオートフォーカスを行う自動焦点調節装置および焦点調節方法に関する。

電子カメラでは、ＣＣＤで撮像した被写体像のコントラスト値の積分値（以下、ＡＦ評価値）が最も高くなるフォーカス位置にフォーカスレンズを駆動させることによって焦点調節を行う、コントラスト検出方式の焦点調節装置が採用されることが多い。

コントラスト検出方式では、被写体が低照度時に、ＡＦ評価値が小さくなり、さらに撮像信号に含まれるノイズ成分の割合が大きくなるためにＡＦ合焦性能が低下する、という問題がある。

この問題に対し、特許文献１では、レンズの走査領域内の画像データのノイズが少ない方からの探索により所定閾値を越えた最初の位置をエッジ位置として検出し、エッジ位置でのコントラスト値から焦点調節を行う方法が提案されている。この方法によって、ノイズの影響を軽減し、低照度時のＡＦ合焦性能を向上させることができる。

また、特許文献２では、各画素について周辺画素とのコントラスト値の高低関係よりノイズ領域を判別し、ノイズ領域以外の領域に測距領域を限定してＡＦ評価値を算出する方法が提案されている。この方法によって、ノイズの影響を軽減し、低照度時のＡＦ合焦性能を向上させることができる。
特開平０７−１９０７１８号公報 特開２００４−０２９１０５号公報

しかしながら、上記従来の自動合焦装置では、以下に掲げる問題があった。すなわち、特許文献１では、ノイズによる偽のコントラスト値の方が被写体のコントラスト値よりも大きくなる場合、ノイズによる偽のコントラスト値からエッジ位置を判断して焦点調節を行ってしまい、被写体に合焦させることができなかった。

また、特許文献２では、ノイズが固まりで存在するような状況において、ノイズによって形成された領域が合焦判定のために選ばれてしまい、ノイズの影響を避けることはできなかった。

低照度時のような、つまり被写体の位置でコントラスト値が小さくかつノイズが多いような状況下では、特許文献１，２で示された、１画像内の輝度信号からノイズの影響を緩和させる方法には限界があった。

そこで、本発明は、被写体が低照度や低コントラストの場合でもＡＦ合焦性能を向上させることができる自動焦点調節装置および焦点調節方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の自動焦点調節装置は、フォーカスレンズを介して入射した被写体光を光電変換して得られた画像信号のＡＦ領域での合焦状態に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する焦点調節手段と、前記画像信号に複数の判別領域を設定し、当該判別領域ごとに複数の前記フォーカスレンズの位置におけるコントラスト値を取得して合成し、当該合成したコントラスト値に基づいて前記ＡＦ領域を決定する決定手段とを有し、前記焦点調節手段は、前記決定手段により決定された前記ＡＦ領域の合焦状態に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御することを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の焦点調節方法は、フォーカスレンズを介して入射した被写体光を光電変換して得られた画像信号のＡＦ領域での合焦状態に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する焦点調節方法であって、前記画像信号に複数の判別領域を設定する設定ステップと、当該判別領域ごとに複数の前記フォーカスレンズの位置におけるコントラスト値を取得して合成する合成ステップと、当該合成したコントラスト値に基づいて前記ＡＦ領域を決定する決定ステップと、前記決定ステップにおいて決定された前記ＡＦ領域の合焦状態に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する制御ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、被写体が低照度や低コントラストの場合でもノイズの影響を軽減し、AF合焦能力を向上させることができる。

本発明の自動焦点調節装置および焦点調節方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の自動焦点調節装置は電子スチルカメラ（単に、電子カメラという）に適用される。

図１は実施の形態における電子カメラの構成を示すブロック図である。電子カメラは、ズーム機構を含む撮影レンズ１０１、光量を制御する絞り及びシャッタ１０２、および後述する撮像素子上に焦点を合わせるためのフォーカスレンズ１０４からなる撮影光学系を有する。

また、電子カメラは、ＡＥ処理部１０３、ＡＦ処理部１０５、ストロボ１０６、ＥＦ処理部１０７、および被写体からの反射光を電気信号に変換して画像出力信号を出力する撮像素子１０８を有する。また、電子カメラは、撮像素子１０８の出力ノイズを除去するＣＤＳ回路やＡ／Ｄ変換前に行う非線形増幅回路を含むＡ／Ｄ変換部１０９、画像処理部１１０、ＷＢ処理部１１１、フォーマット変換部１１２および高速な内蔵メモリ１１３を有する。内蔵メモリ１１３として、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）が用いられる。

また、電子カメラは、メモリカードなどの記録媒体とそのインターフェースからなる画像記録部１１４、撮影シーケンスなどのシステムを制御するシステム制御部１１５、および画像表示用メモリ(以下、ＶＲＡＭという) １１６を有する。また、電子カメラは、画像表示、操作補助のための表示やカメラ状態の表示の他、撮影時に撮影画面と測距領域を表示する操作表示部１１７、カメラを外部から操作するための操作部１１８、および撮影のモードを設定する撮影モードＳＷ１１９を有する。

また、電子カメラは、システムに電源を投入するためのメインスイッチ１２０、ＡＦやＡＥ等の撮影スタンバイ動作を行うためのスイッチ(以下、ＳＷ１という) １２１、およびＳＷ１の操作後、撮影を行う撮影スイッチ(以下、ＳＷ２という) １２２を有する。

内蔵メモリ（ＤＲＡＭ）１１３は、一時的に画像を記憶する高速バッファ、あるいは画像の圧縮・伸張に際して作業用メモリなどに使用される。操作部１１８には、例えば、撮像装置の撮影機能や画像再生時の設定などの各種設定を行うメニュースイッチ、撮影レンズのズーム動作を指示するズームレバー、撮影モードと再生モードを切り換える動作モード切換えスイッチなどが含まれる。

上記構成を有する電子カメラの合焦動作（ＡＦ動作）について説明する。図２および図３は電子カメラのＡＦ動作手順を示すフローチャートである。この動作に関する制御プログラムはシステム制御部１１５内のＲＯＭに格納されており、システム制御部１１５内のＣＰＵによって実行される。

システム制御部１１５は、ＡＦ動作を開始すると、まず、被写体のエッジ位置を判別するための領域であるエッジ判別領域を設定する（ステップＳ１）。このステップＳ１の処理では、画像内にＭ = ｍ_ｈ×ｍ_ｖ 個（ｍ_ｈ ＝ １，２，… 、ｍ_ｖ = １，２，…）からなる複数のエッジ判別領域が設定される。

図４はエッジ判別領域の設定を示す図である。図４では、例として画面中央にＭ＝５×５個のエッジ判別領域が設定されている。後に、これらの各領域が被写体のエッジ位置を含む領域（以下、エッジ領域という）であるか否かの判別を行う。ここで、エッジ判別領域の位置、大きさおよび数は、ユーザが任意に設定したものでもよい。

システム制御部１１５は、ＡＦスキャン開始位置にフォーカスレンズ１０４を駆動する（ステップＳ２）。システム制御部１１５は、ステップＳ１で設定したエッジ判別領域内のコントラスト値Ｃ［ｎ］［ｍ］（但し、ｎ＝０，１，２，…，Ｎ−１、ｍ＝０，１，２，…，Ｍ−１）および輝度信号を求め、メモリ（例えば、ＤＲＡＭ１１３）に記憶する（ステップＳ３）。

ここで、Ｃ［ｎ］［ｍ］は、ＡＦスキャン開始位置からn番目のフォーカスレンズの位置でのm番目のエッジ判別領域のコントラスト値を表す。また、ＡＦスキャン開始から終了までスキャン点数をN点とする。なお、コントラスト値および輝度信号（輝度値）の求め方としては、フォーカスレンズを移動しながら求める方法でもよい。

ステップＳ２で記憶されたコントラスト値Ｃ［ｎ］［ｍ］は、ステップＳ６でのＡＦ評価値算出領域の決定、およびステップＳ８、Ｓ９でのＡＦ評価値の算出に使用される。また、輝度信号はステップＳ６で使用される。

システム制御部１１５は、あらかじめ設定された一定のスキャン間隔分、フォーカスレンズ１０４を駆動させる（ステップＳ４）。そして、システム制御部１１５は、スキャン終了位置までフォーカスレンズ１０４を駆動したか否かを確認する（ステップＳ５）。

スキャン終了位置まで駆動していない場合、システム制御部１１５は、再びステップＳ３の処理に戻る。一方、スキャン終了位置まで駆動した場合、システム制御部１１５は、各フォーカスレンズの位置における各エッジ判別領域内のコントラスト値Ｃ［ｎ］［ｍ］に基づき、各エッジ判別領域がエッジ領域であるか否かの判別を行う。そして、システム制御部１１５は、エッジ領域であると判別されたエッジ判別領域のみを、ＡＦ評価値を算出する測距領域としての対象領域（以下、ＡＦ評価値算出領域という）に決定する（ステップＳ６）。なお、このＡＦ評価値算出領域の決定の仕方の詳細については後述する。

システム制御部１１５は、ＡＦ評価値算出領域に決定されたエッジ判別領域があるか否かを判断する（ステップＳ７）。このエッジ判別領域がある場合、システム制御部１１５は、ＡＦ評価値算出領域ごとに、各フォーカスレンズの位置におけるコントラスト値の積分値をＡＦ評価値として算出する（ステップＳ８）。この際、フォーカスレンズを再駆動させることなく、ステップＳ３で取得したコントラスト値を利用することによって、ＡＦ評価値が算出される。

ここで、Ａｒｅａ＿ＮｕｍはＡＦ評価値算出領域として選ばれたエッジ判別領域の数を表す変数である。また、Ａｒｅａ＿Ｎｏ［ｉ］（ｉ＝０，１，２，…）はｉ番目のＡＦ評価値算出領域に対応するエッジ判別領域の番号を表すデータ配列である。

また、n番目のフォーカスレンズの位置における各ＡＦ評価値算出領域でのコントラスト値は、Ｃ［ｎ］［Ａｒｅａ＿Ｎｏ［０］］，…，Ｃ［ｎ］［Ａｒｅａ＿Ｎｏ［Ａｒｅａ＿Ｎｕｍ−１］と表される。よって、n番目のフォーカスレンズの位置でのＡＦ評価値は、これらのコントラスト値の総和をＡＦ評価値算出領域数Ａｒｅａ＿Ｎｕｍによって正規化した値として、数式（１）に従って算出される。

一方、ステップＳ７でエッジ判別領域がない場合、システム制御部１１５は、中央に位置する所定の領域においてＡＦ評価値の算出を行う（ステップＳ９）。図５はエッジ判別領域からＡＦ評価値算出領域の決定の仕方を示す図である。例として、５×５個のエッジ判別領域の内、中央に位置する３×３個のエッジ判別領域（図５の斜線領域）からＡＦ評価値を算出する場合を示す。

ここで、この中央の領域のエッジ判別領域数をＣｅｎｔｅｒ＿Ｎｕｍで表す。また、中央の領域に対応するエッジ判別領域の番号を表すデータ配列をＣｅｎｔｅｒ＿Ｎｏで表す。n番目のフォーカスレンズの位置でのＡＦ評価値は、数式（２）に従って算出される。

ステップＳ８、Ｓ９の処理後、システム制御部１１５は、ステップＳ８またはＳ９で求めたＡＦ評価値に基づき、合焦判定を行う（ステップＳ１０）。なお、合焦判定の詳細については後述する。

合焦判定の結果、システム制御部１１５は合焦可能であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。合焦可能であると判定された場合、システム制御部１１５は、ＡＦ評価値に基づいてピーク位置を演算する（ステップＳ１２）。システム制御部１１５は、ステップＳ１２で演算したピーク位置にフォーカスレンズ１０４を駆動する（ステップＳ１３）。そして、システム制御部１１５は、合焦表示を行い（ステップＳ１４）、本ＡＦ動作を終了する。

一方、ステップＳ１１で合焦可能であると判定されなかった場合、システム制御部１１５は、あらかじめ設定された定点と呼ばれる被写体の存在確率が高い位置にフォーカスレンズ１０４を駆動する（ステップＳ１５）。そして、システム制御部１１５は、非合焦表示を行い（ステップＳ１６）、本ＡＦ動作を終了する。

図６および図７はステップＳ６におけるＡＦ評価値算出領域決定の動作手順を示すフローチャートである。システム制御部１１５は、まず、各エッジ判別領域がエッジ領域であるか否かを判別するための評価値（以下、エッジ判別評価値という）Ｓｕｍ［ｍ］（ｍ＝０，１，２，…，Ｍ−１）を算出する（ステップＳ３１）。ここで、エッジ判別評価値は、ステップＳ３で求めた各フォーカスレンズ位置でのコントラスト値をエッジ判別領域ごとに加算し、総和をとった値（総和値）として算出される。例えば、ｍ番目のエッジ判別領域でのエッジ判別評価値は、数式（３）に従って算出される。

システム制御部１１５は、全てのエッジ判別領域についてエッジ判別評価値の算出を行ったか否かを判断する（ステップＳ３２）。まだエッジ判別評価値の算出を行っていないエッジ判別領域がある場合、システム制御部１１５はステップＳ３１に戻って同様の処理を繰り返す。

一方、全てのエッジ判別領域でエッジ判別評価値の算出を行った場合、システム制御部１１５は、ステップＳ３５で各エッジ判別領域がエッジ領域であるか否かを判別する際の閾値を、ステップＳ３で求めた輝度信号の大きさに基づいて設定する（ステップＳ３３）。なお、この閾値（所定値）は、輝度信号の大きさの代わりに、ステップＳ３で求めたコントラスト値の大きさに基づいて設定されてもよいし、あらかじめ決められた固定値に設定されてもよい。

システム制御部１１５は、エッジ判別領域の番号を示す変数ｉ、およびエッジ領域として判別したエッジ判別領域数を示す変数Ｅｄｇｅ＿Ｎｕｍを値０に初期化する。さらに、システム制御部１１５は、エッジ領域として判別したエッジ判別領域の番号を示すデータ配列Ｅｄｇｅ＿Ｎｏを値０に初期化する（ステップＳ３４）。

システム制御部１１５は、エッジ判別評価値Ｓｕｍ［ｉ］とステップＳ３３で設定した閾値を比較する（ステップＳ３５）。エッジ判別評価値Ｓｕｍ［ｉ］が閾値未満である場合、システム制御部１１５は、ステップＳ３７の処理に進む。

一方、エッジ判別評価値Ｓｕｍ［ｉ］が閾値以上である場合、システム制御部１１５は、ｉ番目のエッジ判別領域をエッジ領域として判別する。そして、システム制御部１１５は、変数ｉを変数Ｅｄｇｅ＿Ｎｕｍ番目のエッジ領域に対応するエッジ判別領域番号としてデータ配列Ｅｄｇｅ＿Ｎｏ［Ｅｄｇｅ＿Ｎｕｍ］に追加する（ステップＳ３６）。さらに、システム制御部１１５は、変数Ｅｄｇｅ＿Ｎｕｍを値１インクリメントする。

システム制御部１１５は、変数ｉをインクリメントする（ステップＳ３７）。システム制御部１１５は、全てのエッジ判別領域でエッジ領域であるか否かの判別を行ったか否かを判断する（ステップＳ３８）。

まだエッジ領域であるか否かの判別を行っていないエッジ判別領域がある場合、システム制御部１１５は、ステップＳ３５に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、ステップＳ３８で全てのエッジ判別領域で判別を行ったと判断した場合、システム制御部１１５は、初期化処理を行う（ステップＳ３９）。この初期化処理では、エッジ判別領域の番号を示す変数ｉ、ＡＦ評価値算出領域数を示す変数Ａｒｅａ＿Ｎｕｍ、およびＡＦ評価値算出領域として決定したエッジ判別領域の番号を示すデータ配列Ａｒｅａ＿Ｎｏがそれぞれ値０で初期化される。

つぎに、隣接した領域にあるエッジ領域同士を連結していくことによって構成されるエッジ領域のグループを考える。ここで、隣接した領域とは、対象とするエッジ領域に対して上下左右の４方向に位置する領域、または斜め方向も加えた８方向に位置する領域を指す。本実施形態では、８方向に位置する領域を指す場合を示す。

システム制御部１１５は、ｉ番目のエッジ領域（Ｅｄｇｅ＿Ｎｏ［ｉ］番目のエッジ判別領域）を含むグループ内の構成領域数があらかじめ設定された所定数を越えているか否かを判断する（ステップＳ４０）。

所定数を越えていない場合、システム制御部１１５は、エッジ領域ではないと判断し、ステップＳ４２の処理に進む。一方、所定数を越えている場合、システム制御部１１５は、エッジ領域であると判別し、ｉ番目のエッジ領域をＡＦ評価値算出領域として決定し、変数Ａｒｅａ＿Ｎｕｍおよびデータ配列Ａｒｅａ＿Ｎｏをそれぞれ更新する（ステップＳ４１）。

図８は隣接するエッジ領域を含むグループを示す図である。図には、２つのエッジ領域グループＧｒ１、Ｇｒ２が示されている。エッジ領域グループＧｒ１では、１１個のエッジ領域が隣接することによってグループが構成されている。一方、エッジ領域グループＧｒ２では、隣接した領域にエッジ領域が存在せずに１個のエッジ領域が孤立している。従って、グループを構成する領域数は値１である。

グループの構成領域数があらかじめ設定された所定数を越えているか否かを判断する際の所定数を値１に設定した場合、エッジ領域グループＧｒ２はエッジ領域ではないと判断される。この判別方法により、エッジ領域として誤判別した可能性のあるエッジ領域を除き、エッジ領域としての信頼性の高い領域のみを決定することができる。

システム制御部１１５は、変数ｉを値１増加（インクリメント）させる（ステップＳ４２）。システム制御部１１５は、まだ参照すべきエッジ領域があるか否かを判断する（ステップＳ４３）。まだ参照すべきエッジ領域がある場合、システム制御部１１５は、ステップＳ４０に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、参照すべきエッジ領域がない場合、システム制御部１１５は本ＡＦ評価値算出領域決定の動作を終了する。

このように、ＡＦ評価値算出領域を決定する際、まず各エッジ判別領域がエッジ領域であるか否かを判別し、さらに、所定数以上のエッジ領域同士が隣接しているエッジ領域のグループに含まれるエッジ領域を選ぶことが行われる。これにより、ノイズの影響を軽減してＡＦ評価値算出領域を決定することができる。

ここで、このエッジ領域判別方法は、フォーカス位置におけるコントラスト値の変化の傾向が図９のようにみられることに基づいている。図９はフォーカス位置におけるコントラスト値の変化を示すグラフである。被写体エッジ位置では合焦（フォーカス）位置を中心としてコントラスト値が大きくなる（図９の実線ａ）。一方、ノイズ位置ではフォーカス位置とは無関係にランダムにコントラスト値が変化する（図９の点線ｂ）。

つぎに、合焦判定について説明する。図１０はフォーカスレンズ位置に対する焦点評価値の変化を示すグラフである。グラフの横軸にフォーカスレンズ位置、その縦軸に焦点評価値をとると、焦点評価値は、遠近競合などの特殊な場合を除き、図１０に示すような山状になる。

そこで、本実施形態では、合焦状態を示す焦点評価値が山状になっているか否かを、焦点評価値の最大値と最小値の差、一定値（ＳｌｏｐｅＴｈｒ）以上の傾きで傾斜している部分の長さ、および傾斜している部分の勾配から判断する。これにより、合焦判定を行うことができる。

合焦判定における判定結果は、「○」、「×」で出力される。ここで、「○」は、焦点評価値のピーク位置から被写体の焦点調節が可能であることを表す。「×」は、被写体のコントラストが不十分である、もしくはスキャンした距離範囲外の距離に被写体が位置することを表す。

図１０では、山の頂上（Ａ点）から傾斜が続いていると認められる点をＤ点、Ｅ点とし、Ｄ点とＥ点の幅を山の幅Ｌとする。また、Ａ点とＤ点の焦点評価値の差ＳＬ１と、Ａ点とＥ点の焦点評価値の差ＳＬ２との和ＳＬ１＋ＳＬ２をＳＬ（＝ＳＬ１＋ＳＬ２）とする。

図１１はステップＳ１０における合焦判定処理手順を示すフローチャートである。システム制御部１１５は、焦点評価値の最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎ、および最大値を与えるスキャンポイント（点）ｉｏを求める（ステップＳ６１）。

システム制御部１１５は、焦点評価値の山の幅を表す変数Ｌ、および山の勾配を表す変数ＳＬをともに値０（零）に初期化する（ステップＳ６２）。システム制御部１１５は、最大値を与えるスキャンポイントｉｏがスキャンを行った所定範囲における遠側端の位置であるか否かを調べる（ステップＳ６３）。

遠側端位置でない場合、システム制御部１１５は、無限遠方向への単調減少を調べる（ステップＳ６４）。この後、システム制御部１１５はステップＳ６５の処理に進む。一方、遠側端位置であった場合、システム制御部１１５は、ステップＳ６４の処理をスキップし、ステップＳ６５の処理に進む。

図１２はステップＳ６４における無限遠方向への単調減少を調べる処理手順を示すフローチャートである。システム制御部１１５は、まず、カウンタ変数ｉをスキャンポイントｉｏに初期化する（ステップＳ８１）。システム制御部１１５は、カウンタ変数ｉにおける焦点評価値の値ｄ［ｉ］と、このカウンタ変数ｉより１スキャンポイント分無限遠寄りのカウンタ変数ｉ−１における焦点評価値の値ｄ［ｉ−１］との差を所定値ＳｌｏｐｅＴｈｒと比較する（ステップＳ８２）。

ｄ［ｉ］−ｄ［ｉ−１］≧ＳｌｏｐｅＴｈｒである場合、システム制御部１１５は、無限遠方向への単調減少が生じていると判断する。そして、システム制御部１１５は、焦点評価値が一定値以上の傾きで傾斜している部分の長さ（山の幅）を表す変数Ｌ、単調減少区間における減少量を表す変数ＳＬを数式（４）に従って更新する（ステップＳ８３）。

Ｌ ＝ Ｌ＋１
ＳＬ＝ ＳＬ＋（ｄ［ｉ］−ｄ［ｉ−１］） …… （４）
一方、ｄ［ｉ］−ｄ［ｉ−１］≧ＳｌｏｐｅＴｈｒでない場合、システム制御部１１５は、無限遠方向への単調減少が生じていないと判断し、無限遠方向への単調減少をチェックする処理を終了する。この後、システム制御部１１５は元のステップＳ６５の処理に復帰する。

無限遠方向への単調減少をチェックする処理を継続する場合、システム制御部１１５は、カウンタ変数ｉをｉ＝ｉ−１として減じる（ステップＳ８４）。すなわち、システム制御部１１５は、焦点評価値を検出する点を１スキャンポイント分無限遠側に移す。

システム制御部１１５は、カウンタ変数ｉがスキャンを行った所定範囲における遠側端位置の値（＝０）になったか否かを判別する（ステップＳ８５）。カウンタ変数ｉの値が「０」である場合、つまり、単調減少を検出する開始点がスキャンを行った所定範囲における遠側端位置に達した場合、システム制御部１１５は、無限遠方向への単調減少をチェックする処理を終了する。この後、システム制御部１１５は元のステップＳ６５の処理に復帰する。このようにして、ｉ＝ｉｏから無限遠方向への単調減少をチェックする処理が行われる。

つづいて、システム制御部１１５は、最大値を与えるスキャンポイントｉｏがスキャンを行った所定範囲における至近端の位置であるか否かを調べる（ステップＳ６５）。至近端位置でない場合、システム制御部１１５は至近端方向への単調減少を調べる（ステップＳ６６）。この後、システム制御部１１５はステップＳ６７の処理に進む。一方、至近端位置であった場合、システム制御部１１５は、ステップＳ６６の処理をスキップし、ステップＳ６７の処理に進む。

図１３はステップＳ６６における至近端方向への単調減少を調べる処理手順を示すフローチャートである。システム制御部１１５は、まず、カウンタ変数ｉをスキャンポイントｉｏに初期化する（ステップＳ９１）。システム制御部１１５は、カウンタ変数ｉにおける焦点評価値の値ｄ［ｉ］と、このカウンタ変数ｉより１スキャンポイント分至近端寄りのカウンタ変数ｉ＋１における焦点評価値の値ｄ［ｉ＋１］との差を所定値ＳｌｏｐｅＴｈｒと比較する（ステップＳ９２）。

ｄ［ｉ］−ｄ［ｉ＋１］≧ＳｌｏｐｅＴｈｒである場合、システム制御部１１５は、至近端方向への単調減少が生じていると判断する。そして、システム制御部１１５は、焦点評価値が一定値以上の傾きで傾斜している部分の長さ（山の幅）を表す変数Ｌ、単調減少区間における減少量を表す変数ＳＬを数式（５）に従って更新する（ステップＳ９３）。

Ｌ ＝ Ｌ＋１
ＳＬ＝ ＳＬ＋（ｄ［ｉ］−ｄ［ｉ＋１］） …… （５）
一方、ｄ［ｉ］−ｄ［ｉ＋１］≧ＳｌｏｐｅＴｈｒでない場合、システム制御部１１５は、至近端方向への単調減少が生じていないと判断し、至近端方向への単調減少をチェックする処理を終了する。この後、システム制御部１１５は元のステップＳ６７の処理に復帰する。

至近端方向への単調減少をチェックする処理を継続する場合、システム制御部１１５は、カウンタ変数ｉをｉ＝ｉ＋１として増加させる（ステップＳ９４）。すなわち、システム制御部１１５は、焦点評価値を検出する点を１スキャンポイント分至近端側に移す。

システム制御部１１５は、カウンタ変数ｉがスキャンを行った所定範囲における至近端位置の値（＝Ｎ）になったか否かを判別する（ステップＳ９５）。カウンタ変数ｉの値が「Ｎ」である場合、つまり、単調減少を検出する開始点がスキャンを行った所定範囲における至近端位置に達した場合、システム制御部１１５は、至近端方向への単調減少をチェックする処理を終了する。この後、システム制御部１１５は元のステップＳ６７の処理に復帰する。このようにして、ｉ＝ｉｏから至近端方向への単調減少をチェックする処理が行われる。

無限遠方向および至近端方向への単調減少をチェックする処理が終了すると、システム制御部１１５は、得られた焦点評価値が山状になっているか否か、つまり諸係数をそれぞれのしきい値と比較し、「○」、「×」の判定を行う。

システム制御部１１５は、つぎのような判別を行う（ステップＳ６７）。焦点評価値の最大値を与えるスキャンポイントｉｏがスキャンを行った所定範囲における至近端であり、かつ焦点評価値の差が所定値ＳｌｏｐｅＴｈｒ以上であるか否かが判別される。この焦点評価値の差は、至近端スキャンポイントｎにおける焦点評価値の値ｄ［ｎ］と、ｎより１スキャンポイント分無限遠寄りのスキャンポイントｎ−１における焦点評価値の値ｄ［ｎ−１］との差である。この判別がＹＥＳである場合、システム制御部１１５はステップＳ７１の処理に進む。一方、この判別がＮＯである場合、システム制御部１１５はステップＳ６８の処理に進む。

システム制御部１１５は、さらに、つぎのような判別を行う（ステップＳ６８）。焦点評価値の最大値を与えるスキャンポイントｉｏがスキャンを行った所定範囲における遠側端であり、かつ焦点評価値の差が所定値ＳｌｏｐｅＴｈｒ以上であるか否かが判別される。この焦点評価値の差は、遠側端スキャンポイント０における焦点評価値の値ｄ［０］と、０より１スキャンポイント分至近端寄りのスキャンポイント１における焦点評価値の値ｄ［１］の差である。この判別がＹＥＳである場合、システム制御部１１５はステップＳ７１の処理に進む。一方、この判別がＮＯである場合、システム制御部１１５はステップＳ６９の処理に進む。

システム制御部１１５は、さらに、つぎのような判別を行う（ステップＳ６９）。すなわち、一定値以上の傾きで傾斜している部分の長さＬが所定値Ｌｏ以上であり、かつ傾斜している部分の傾斜の平均値ＳＬ／Ｌが所定値ＳＬｏ／Ｌｏ以上であり、かつ焦点評価値の最大値と最小値の差が所定値以上であるかが判別される。この判別がＮＯである場合、システム制御部１１５はステップＳ７１の処理に進む。一方、この判別がＹＥＳである場合、システム制御部１１５はステップＳ７０の処理に進む。

システム制御部１１５は、得られた焦点評価値が山状となっており、被写体の焦点調節が可能であるので、判定結果を「○」としている（ステップＳ７０）。一方、システム制御部１１５は、得られた焦点評価値が山状となっておらず、被写体の焦点調節が不可能であるので、判定結果を「×」としている（ステップＳ７１）。こうして、合焦可能か否かの判定が行われる。

以上示したように、本実施形態の自動焦点調節装置によれば、低照度時でもノイズ位置と被写体のエッジ位置を判別し、被写体のエッジ位置を含む領域に限定してＡＦ評価値を算出することができる。従って、ノイズの影響を緩和し、ＡＦ合焦性能を向上させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、特許請求の範囲で示した機能、または本実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても適用可能である。

例えば、上記実施形態では、撮像素子によって撮像される画像のコントラスト値に基づいて焦点評価値を算出していたが、コントラスト値の代わりに、輝度値（輝度信号）に基づいて焦点評価値を算出するようにしてもよく、本発明は同様に適用可能である。

また、上記実施形態では、撮像素子としてＣＣＤ素子が用いられたがＣＭＯＳ素子が用いられてもよいことは勿論である。

また、上記実施形態では、コンパクトタイプのデジタルカメラを例に説明したが、本発明は、デジタルビデオカメラ、デジタルＳＬＲ（一眼レフカメラ）等にも適用可能である。

実施の形態における電子カメラの構成を示すブロック図である。 電子カメラのＡＦ動作手順を示すフローチャートである。 図２につづく電子カメラのＡＦ動作手順を示すフローチャートである。 エッジ判別領域の設定を示す図である。 エッジ判別領域からＡＦ評価値算出領域の決定の仕方を示す図である。 ステップＳ６におけるＡＦ評価値算出領域決定の動作手順を示すフローチャートである。 図６につづくステップＳ６におけるＡＦ評価値算出領域決定の動作手順を示すフローチャートである。 隣接するエッジ領域を含むグループを示す図である。 フォーカス位置におけるコントラスト値の変化を示すグラフである。 フォーカスレンズ位置に対する焦点評価値の変化を示すグラフである。 ステップＳ１０における合焦判定処理手順を示すフローチャートである。 ステップＳ６４における無限遠方向への単調減少を調べる処理手順を示すフローチャートである。 ステップＳ６６における至近端方向への単調減少を調べる処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０４ フォーカスレンズ
１０８ 撮像素子
１１５ システム制御部

Claims (7)

1. フォーカスレンズを介して入射した被写体光を光電変換して得られた画像信号のＡＦ領域での合焦状態に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する焦点調節手段と、
   前記画像信号に複数の判別領域を設定し、当該判別領域ごとに複数の前記フォーカスレンズの位置におけるコントラスト値を取得して合成し、当該合成したコントラスト値に基づいて前記ＡＦ領域を決定する決定手段とを有し、
   前記焦点調節手段は、前記決定手段により決定された前記ＡＦ領域の合焦状態に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御することを特徴とする自動焦点調節装置。
2. 前記決定手段が行う合成は、前記判別領域ごとに前記複数のフォーカスレンズの位置で取得された前記コントラスト値の加算であり、当該加算された結果の値が所定値以上である前記判別領域を前記ＡＦ領域にすると決定することを特徴とする請求項１に記載の自動焦点調節装置。
3. 前記決定手段は、前記加算された結果の値が前記所定値以上である前記判別領域のうち、隣接した判別領域によって構成されるグループ内の判別領域の数が所定数以上である場合、当該グループ内の判別領域を前記ＡＦ領域にすると決定することを特徴とする請求項２に記載の自動焦点調節装置。
4. 前記決定手段は、前記判別領域の前記コントラスト値又は輝度値を用いて、前記加算された結果の値と比較される前記所定値を決定することを特徴とする請求項２又は３に記載の自動焦点調節装置。
5. 前記複数のフォーカスレンズの位置で取得された複数のコントラスト値を記憶する記憶手段を備え、
   前記焦点調節手段は、前記記憶されたコントラスト値を用いて合焦状態を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の自動焦点調節装置。
6. 前記焦点調節手段は、前記決定手段によって前記ＡＦ領域にすると決定された領域数を用いて、前記合焦状態を示す焦点評価値を正規化することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の自動焦点調節装置。
7. フォーカスレンズを介して入射した被写体光を光電変換して得られた画像信号のＡＦ領域での合焦状態に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する焦点調節方法であって、
   前記画像信号に複数の判別領域を設定する設定ステップと、
   当該判別領域ごとに複数の前記フォーカスレンズの位置におけるコントラスト値を取得して合成する合成ステップと、
   当該合成したコントラスト値に基づいて前記ＡＦ領域を決定する決定ステップと、
   前記決定ステップにおいて決定された前記ＡＦ領域の合焦状態に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する制御ステップとを有することを特徴とする焦点調節方法。

Images