JP5173170B2 - ビデオカメラ - Google Patents

Description

この発明は、ビデオカメラに関し、特にたとえば、いわゆるコンティニュアスＡＦ処理によって光学レンズから撮像面までの距離を調整する、ビデオカメラに関する。

従来のこの種のビデオカメラの一例が、特許文献１に開示されている。この従来技術によれば、合焦点が存在する方向が方向判別ルーチンによって判別され、その後に山登りルーチンによって合焦動作が実行される。方向判別ルーチンでは、まずフォーカスレンズが無限方向に移動され、現フィールドの焦点評価値（Ｘ）と前フィールドの焦点評価値（Ｙ）とが所定期間にわたって互いに比較される。これによって、焦点評価値（Ｘ）が増加傾向および減少傾向のいずれにあるかが確認される。増加傾向にあると確認されれば、フォーカスレンズの移動方向が無限方向に設定され、方向判別ルーチンが終了される。一方、減少傾向にあると確認されれば、フォーカスレンズの移動方向が至近方向に設定され、方向判別ルーチンが終了される。
特開平１−３０９５７２号公報［H04N 5/232, G02B 7/11］

しかし、従来技術では、焦点評価値の比較処理が所定期間にわたって実行される。ここで、所定期間が短いと、方向判別に要する時間を短縮できるものの、判別動作の安定性（精度）が低下する。一方、所定期間が長いと、判別動作の安定性を確保できるものの、方向判別に要する時間が長期化する。

それゆえに、この発明の主たる目的は、方向判別に要する時間の短縮化と判別動作の安定性の確保とを両立させることができる、ビデオカメラを提供することである。

請求項１の発明に従うビデオカメラ(10：実施例で相当する参照符号。以下同じ)は、光学レンズ(14)を経た被写体の光学像が照射される撮像面(16f)を有し、撮像面で生成された画像データを繰り返し出力する撮像手段(16,20)、画像データから抽出した第１周波数帯域に属する第１周波数成分に基づいて第１合焦評価値を求める第１評価手段(26a)、光学レンズから撮像面までの距離を変更する距離変更手段(S19,S79)、距離変更手段が距離を変更する都度第１合焦評価値に基づいて無限方向または至近方向の合焦方向を仮定する仮定手段(S49,S51)、仮定手段が無限方向を仮定したとき増加されかつ至近方向を仮定したとき減少される方向回数が正の閾値を上回ったとき、合焦方向を無限方向として確立させ、方向回数が負の閾値を下回ったとき合焦方向を至近方向として確定させる確定手段(S63-S69)、距離変更手段によって距離を変更した変更回数が閾値を上回るとき、光学レンズと撮像面との相対的位置関係が至近端に近いとき合焦方向を無限方向と予測し、光学レンズと撮像面との相対的位置関係が無限端に近いとき合焦方向を至近方向と予測する予測手段(S59)、光学レンズから撮像面までの距離を確定手段の結果または予測手段の結果のうち先に得られた結果に基づいて合焦点に対応する距離に調整する調整手段(S27)、および撮像面によって捉えられる光学像の動き量が基準を上回るとき閾値を減少させる閾値変更手段(S53)を備える。

撮像手段は、光学レンズを経た被写体の光学像が照射される撮像面を有し、撮像面で生成された画像データを繰り返し出力する。第１評価手段は、第１周波数帯域に属する第１周波数成分を撮像手段によって出力された画像データから検出し、その第１周波数成分に基づいて第１合焦（ＡＦ）評価値を求める。光学レンズから撮像面までの距離は、距離変更手段によって複数回にわたって変更される。

仮定手段は、距離変更手段が距離を変更する都度、第１合焦評価値に基づいて無限方向または至近方向の合焦方向を仮定する。確定手段は、仮定手段が無限方向を仮定したとき増加されかつ至近方向を仮定したとき減少される、たとえば方向カウンタによって計数される方向回数が正の閾値を上回ったとき、合焦方向を無限方向として確立させ、方向回数が負の閾値を下回ったとき合焦方向を至近方向として確定させる。予測手段は、距離変更手段によって距離を変更した変更回数が閾値を上回るとき、光学レンズと撮像面との相対的位置関係が至近端に近いとき合焦方向を無限方向と予測し、光学レンズと撮像面との相対的位置関係が無限端に近いとき合焦方向を至近方向と予測する。調整手段は、光学レンズから撮像面までの距離を予測手段または確定手段の結果に基づいて合焦点に対応する距離に調整する。閾値変更手段は、撮像面によって捉えられる光学像の動き量が基準を上回るとき閾値を減少させる。

したがって、撮像面によって捉えられる光学像の動き量が基準を上回るときの予測手段の起動タイミングは、撮像面によって捉えられる光学像の動き量が基準を下回るときの予測手段の起動タイミングよりも早くなる。動き量が基準を上回るときは、予測手段による合焦方向の予測処理が確定手段による合焦方向の確定処理に優先し易くなり、動き量が基準を下回るときは、確定手段による合焦方向の確定処理が予測手段による合焦方向の予測処理に優先し易くなる。

これによって、動き量が基準を上回る状態では短時間で合焦方向を特定でき、動き量が基準を下回る状態では高精度で合焦方向を特定できる。つまり、方向判別に要する時間の短縮化と判別動作の安定性の確保とを両立させることができる。

請求項２の発明に従うビデオカメラは、請求項１に従属し、調整手段は、第１合焦評価値が連続して基準値を下回ったとき予測手段または確定手段の結果に基づく調整動作を中止する中止手段(S123,S125,S133,S141)を含む。したがって、調整動作は、合焦方向が誤って判別されたときに中止される。

請求項３の発明に従うビデオカメラは、請求項２に従属し、画像データから抽出した第２周波数帯域に属する第２周波数成分に基づいて第２合焦評価値を求める第２評価手段(26b)、および第１合焦評価値および第２合焦評価値の相対比を算出する算出手段(S17)をさらに備え、調整手段は、相対比が閾値条件を満足するか否かを中止手段が中止処理を行うときに判別する判別手段(S133)、判別手段が相対比が閾値条件を満足すると判別したとき方向を反転して調整処理を再開する再開手段(S135-S139)、および判別手段が相対比が閾値条件を満足すると判別しなかったとき距離変更手段を再起動する再起動手段(S141)を含む。

したがって、相対比が閾値条件を満足するときは、反対方向が合焦方向であるとみなし、方向反転の後に調整処理が再開される。一方、相対比が閾値条件を満足しないときは、いずれの方向が合焦方向であるか不明であるとして、方向判別が再度実行される。

請求項４の発明に従うビデオカメラは、請求項１または２に従属し、画像データから抽出した第２周波数帯域に属する第２周波数成分に基づいて第２合焦評価値を求める第２評価手段(26b)、および第１合焦評価値および第２合焦評価値の相対比を算出する算出手段(S17)をさらに備え、閾値変更手段は相対比に基づいて動き量を判別する。動き量が激しいと、画像データ中の第１周波数成分量が低下し、応じて第１合焦評価値が小さくなる。したがって、相対比から動き量を判別することができる。

請求項５の発明に従うビデオカメラは、請求項１ないし４のいずれかに従属し、撮像手段から出力された画像データをメモリ(36)に書き込む書き込み手段(34)、メモリに格納された画像データのうち指定エリア(EX)に属する部分画像データを読み出す読み出し手段(28, 34)、および撮像面によって捉えられる光学像の動きが補償される方向に指定エリアの位置を移動させる移動手段(S5)をさらに備える。

請求項６の発明に従うビデオカメラは、請求項１ないし５のいずれかに従属し、撮像面によって捉えられる光学像の動き量が大きいほど距離変更手段による１回の変更量を大きくする変更量制御手段(S83)をさらに備える。これによって、方向判別の精度が向上する。

請求項７の発明に従うビデオカメラは、請求項１ないし６のいずれかに従属し、被写体の変動量に関連する変動パラメータが変動条件を満足する毎に距離変更手段を再起動する再起動手段(S29,S159)をさらに備える。

請求項８の発明に従うビデオカメラは、請求項１ないし７のいずれかに従属し、予測手段は、光学レンズから撮像面までの距離が最大距離の１／２以上のとき無限方向を合焦方向として予測する無限方向予測手段(S93)、および光学レンズから撮像面までの距離が最大距離の１／２を下回るとき至近方向を合焦方向として予測する至近方向予測手段(S95)を含む。

請求項９の発明に従うビデオカメラは、請求項１ないし８のいずれかに従属し、距離変更手段は距離を無限方向および至近方向の間で交互に変更する。これによって、距離はほぼ同じ長さを維持する。

請求項１０の発明に従う合焦制御プログラムは、光学レンズ(14)を経た被写体の光学像が照射される撮像面(16f)を有し、撮像面で生成された画像データを繰り返し出力する撮像手段(16,20)、および画像データから抽出した所定周波数帯域に属する周波数成分に基づいて合焦評価値を求める評価手段(26a)を備えるビデオカメラのプロセサに、光学レンズから撮像面までの距離を変更する距離変更ステップ(S19,S79)、距離変更ステップで距離を変更する都度合焦評価値に基づいて無限方向または至近方向の合焦方向を仮定する仮定ステップ(S49,S51)、仮定ステップで無限方向を仮定したとき増加されかつ至近方向を仮定したとき減少される方向回数が正の閾値を上回ったとき、合焦方向を無限方向として確立させ、方向回数が負の閾値を下回ったとき合焦方向を至近方向として確定させる確定ステップ(S63-S69)、距離変更ステップによって距離を変更した変更回数が閾値を上回るとき、光学レンズと撮像面との相対的位置関係が至近端に近いとき合焦方向を無限方向と予測し、光学レンズと撮像面との相対的位置関係が無限端に近いとき合焦方向を至近方向と予測する予測ステップ(S59)、光学レンズから撮像面までの距離を確定ステップでの結果または予測ステップでの結果のうち先に得られた結果に基づいて合焦点に対応する距離に調整する調整ステップ(S27)、および撮像面によって捉えられる光学像の動き量が基準を上回るとき閾値を減少させる閾値変更ステップ(S53)を実行させる。

請求項１発明と同様、方向判別に要する時間の短縮化と判別動作の安定性の確保とを両立させることができる。

請求項１１の発明に従う合焦制御方法は、光学レンズ(14)を経た被写体の光学像が照射される撮像面(16f)を有し、撮像面で生成された画像データを繰り返し出力する撮像手段(16,20)、および画像データから抽出した所定周波数帯域に属する周波数成分に基づいて合焦評価値を求める評価手段(26a)を備えるビデオカメラによって実行される合焦制御方法であって、光学レンズから撮像面までの距離を変更する距離変更ステップ(S19,S79)、距離変更ステップで距離を変更する都度合焦評価値に基づいて無限方向または至近方向の合焦方向を仮定する仮定ステップ(S49,S51)、仮定ステップで無限方向を仮定したとき増加されかつ至近方向を仮定したとき減少される方向回数が正の閾値を上回ったとき、合焦方向を無限方向として確立させ、方向回数が負の閾値を下回ったとき合焦方向を至近方向として確定させる確定ステップ(S63-S69)、距離変更ステップによって距離を変更した変更回数が閾値を上回るとき、光学レンズと撮像面との相対的位置関係が至近端に近いとき合焦方向を無限方向と予測し、光学レンズと撮像面との相対的位置関係が無限端に近いとき合焦方向を至近方向と予測する予測ステップ(S59)、光学レンズから撮像面までの距離を確定ステップでの結果または予測ステップでの結果のうち先に得られた結果に基づいて合焦点に対応する距離に調整する調整ステップ(S27)、および撮像面によって捉えられる光学像の動き量が基準を上回るとき閾値を減少させる閾値変更ステップ(S53)を含む。

請求項１発明と同様、方向判別に要する時間の短縮化と判別動作の安定性の確保とを両立させることができる。

この発明によれば、撮像面によって捉えられる光学像の動き量が基準を上回るときの予測手段（予測ステップ）の起動タイミングは、撮像面によって捉えられる光学像の動き量が基準を下回るときの予測手段（予測ステップ）の起動タイミングよりも早くなる。動き量が基準を上回るときは、予測手段（予測ステップ）による合焦方向の予測処理が確定手段（確定ステップ）による合焦方向の確定処理に優先し易くなり、動き量が基準を下回るときは、確定手段（確定ステップ）による合焦方向の確定処理が予測手段（予測ステップ）による合焦方向の予測処理に優先し易くなる。これによって、動き量が基準を上回る状態では短時間で合焦方向を特定でき、動き量が基準を下回る状態では高精度で合焦方向を特定できる。つまり、方向判別に要する時間の短縮化と判別動作の安定性の確保とを両立させることができる。

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、この実施例のビデオカメラ１０は、ズームレンズ１２およびフォーカスレンズ１４を含む。被写界（被写体）の光学像は、ズームレンズ１２およびフォーカスレンズ１４を経てイメージセンサ１６の撮像面１６ｆに照射され、光電変換を施される。これによって、被写界像を表す電荷つまり生画像信号が生成される。

電源が投入されると、動画撮影処理が開始される。このとき、ＣＰＵ２８は、露光および電荷読み出しの繰り返しをドライバ１８ｃに命令する。ドライバ１８ｃは、撮像面１６ｆの露光動作と、これによって得られた電荷の読み出し動作とを実行するべく、複数のタイミング信号をイメージセンサ１６に与える。撮像面１６ｆで生成された生画像信号は、１／３０秒に１回の割合で発生する垂直同期信号Ｖｓｙｎｃに応答して、ラスタ走査に従う順序で読み出しを施される。生画像信号は、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。

イメージセンサ１６から出力された生画像信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤ回路２０によって相関２重サンプリング，自動ゲイン調整およびＡ／Ｄ変換の一連の処理を施される。信号処理回路２２は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤ回路２０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メモリ制御回路３４を通してＳＤＲＡＭ３６に書き込む。

動き検出回路３０は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤ回路２０から出力された生画像データを１／３０秒毎に取り込み、撮像面１６ｆの手振れを示す動きベクトルを取り込まれた生画像データに基づいて検出する。検出された動きベクトルは、ＣＰＵ２８に与えられる。ＣＰＵ２８は、図２に示す要領でＳＤＲＡＭ３６に割り当てられた抽出エリアＥＸを、動きベクトルが相殺（補償）される方向に移動させる。

ビデオエンコーダ３８は、抽出エリアＥＸに属する部分画像データをメモリ制御回路３４を通して１／３０秒毎に読み出し、読み出された部分画像データをコンポジットビデオ信号に変換する。変換されたコンポジットビデオ信号は、ＬＣＤモニタ４０に与えられる。この結果、被写界のリアルタイム動画像（スルー画像）が図３に示す要領でＬＣＤモニタ４０に表示される。

輝度評価回路２４は、信号処理回路２２によって生成されたＹデータに基づいて、被写界の明るさ（輝度）を１／３０秒毎に評価する。ＣＰＵ２８は、輝度評価回路２４によって求められた輝度評価値に基づいて、イメージセンサ１６の露光量を調整する。この結果、ＬＣＤモニタ４０に表示されるスルー画像の明るさが適度に調整される。

高域ＡＦ評価回路２６ａは、信号処理回路２２によって生成されたＹデータのうち図４に示すフォーカスエリアＦＡに属するＹデータを取り込み、取り込まれたＹデータの高域周波数成分を１／３０秒毎に積分する。同様に、中域ＡＦ評価回路２６ｂは、信号処理回路２２によって生成されたＹデータのうち上述のフォーカスエリアＦＡに属するＹデータを取り込み、取り込まれたＹデータの中域周波数成分を１／３０秒毎に積分する。この結果、高域ＡＦ評価値が１／３０秒毎に高域ＡＦ評価回路２６ａから出力され、中域ＡＦ評価値が１／３０秒毎に中域ＡＦ評価回路２６ｂから出力される。

ＣＰＵ２８は、こうして求められた高域ＡＦ評価値および中域ＡＦ評価値に基づいて、いわゆるコンティニュアスＡＦ処理を実行する。フォーカスレンズ１４の光軸方向の位置は、ＣＰＵ２８の制御の下でドライバ１８ｂによって継続的に変更される。

キー入力装置３２によってズーム操作が実行されると、ＣＰＵ２８は、ドライバ１８ａを制御してズームレンズ１２を光軸方向に移動させる。この結果、ＬＣＤモニタ４０に表示されるスルー画像の倍率が変化する。

キー入力装置３２によって記録開始操作が行われると、ＣＰＵ２８は、Ｉ／Ｆ４２に記録処理を命令する。Ｉ／Ｆ４２は、抽出エリアＥＸに属する部分画像データをメモリ制御回路３４を通してＳＤＲＡＭ３６から１／３０秒毎に読み出し、読み出された部分画像データを含む動画ファイルを記録媒体４４に作成する。このような記録処理は、キー入力装置３２による記録終了操作に応答して終了される。

コンティニュアスＡＦ処理は、大まかに、方向判断処理，山登り処理および監視処理によって構成される。方向判断処理は、合焦点が存在する方向つまり合焦方向を特定する処理である。山登り処理は、特定された合焦方向にフォーカスレンズ１４を移動させて合焦点を検出する処理である。監視処理は、フォーカスエリアＦＡに属する被写体自身の動きやビデオカメラ１０のパン／チルトに起因して合焦点が変化したか否かを監視する処理である。

高域ＡＦ評価値および中域ＡＦ評価値は、これらの処理から独立して、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃが発生する毎に高域ＡＦ評価回路２６ａおよび中域ＡＦ評価回路２６ｂから取得され、数１に従って相対比が算出される。高域ＡＦ評価値，中域ＡＦ評価値および相対比は、方向判断処理，山登り処理および監視処理の各々で必要に応じて参照される。
［数１］
相対比＝高域ＡＦ評価値／中域ＡＦ評価値
図５を参照して、方向判断処理では、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃが発生する毎に、フォーカスレンズ１４が至近側および無限側に交互に変位される。高域ＡＦ評価値および中域ＡＦ評価値の各々が示す数値はこのような変位動作によって増減し、これによって合焦方向が判明する。なお、フォーカスレンズ１４から撮像面１６ｆまでの距離が拡大する方向が至近方向であり、フォーカスレンズ１４から撮像面１６ｆまでの距離が縮小する方向が無限方向である。

方向判断処理では、前フレームで取得された高域ＡＦ評価値（前高域ＡＦ評価値）と現フレームで取得された高域ＡＦ評価値（現高域ＡＦ評価値）との大小関係が判別され、数値が無限方向に向かって増加傾向にあるとき方向カウンタＣ１がインクリメントされる一方、数値が至近方向に向かって増加傾向にあるとき方向カウンタＣ１がディクリメントされる。方向カウンタＣ１のインクリメントによって、無限方向が合焦方向であると仮定される。また、方向カウンタＣ１のディクリメントによって、至近方向が合焦方向であると仮定される。実行回数カウンタＣ２は、大小関係の判別処理が１回行われる毎にインクリメントされる。

高域ＡＦ評価値および中域ＡＦ評価値は、たとえば図６に示すように山なりに変化する。また、たとえば無限側の裾野部分に注目したとき、高域ＡＦ評価値は、手振れが発生していないとき図７の曲線Ａに沿って変化する一方、手振れが発生したとき図７の曲線Ｂに沿って変化する。

つまり、手振れが発生すると、高域ＡＦ評価値は、合焦方向に向かうにも関らず増減を繰り返す。この結果、大小関係の判別処理が繰り返し実行されると、実行回数カウンタＣ２のカウント値は増大し続けるにも関らず、方向カウンタＣ１のカウント値は増減を繰り返す可能性がある。また、手振れ発生時の高域ＡＦ評価値は、被写界像の高域周波数成分の劣化によって、手振れ非発生時の高域ＡＦ評価値よりも低くなる。この結果、手振れ発生時に求められる相対比は、手振れ非発生時に求められる相対比よりも低くなる。

このような性質を考慮して、フォーカスレンズ１４の１回の移動量は、動き検出回路３０から出力される動きベクトルに基づいて決定される。つまり、図５または図７に示すように、動きベクトル量が“小”であれば移動量は“Ｗ１”とされ、動きベクトル量が“中”であれば移動量は“Ｗ２”とされ、そして動きベクトル量が“大”であれば移動量は“Ｗ３”とされる。この結果、合焦方向を的確に特定することができる。

また、フォーカスレンズ１４を至近方向および無限方向の間で繰り返し変更すると、光学特性上、ＬＣＤモニタ４０に表示されるスルー画像の画角が変動する可能性がある。さらに、画角の変動量は、フォーカスレンズ１４の移動量が増大するほど増大する。ただし、上述のように、フォーカスレンズ１４の１回の移動量は撮像面１６ｆの手振れ量が大きいほど大きくされる。換言すれば、手振れ量が小さければ、１回の移動量は小さい。これによって、視認性の低下が防止される。

さらに、方向判断処理では、方向カウンタＣ１のカウント値が閾値Ａを上回ったとき、無限方向が合焦方向であるとみなして、移動方向が無限方向に確定される。また、方向カウンタＣ１のカウント値が閾値“−Ａ”を下回ったとき、至近方向が合焦方向であるとみなして、移動方向が至近方向に確定される。また、方向カウンタＣ１のカウント値が上述の条件に合致する前に実行回数カウンタＣ２のカウント値が閾値ＭまたはＮを上回ったとき、方向予測処理によって移動方向が設定される。方向予測処理では、フォーカスレンズ１４の現在位置が無限端に近いときに移動方向が至近方向に設定され、フォーカスレンズ１４の現在位置が至近端に近いときに移動方向が無限方向に設定される。

上述の閾値ＭおよびＮの間には、Ｎ＞Ｍの関係が成り立つ。手振れ発生時は閾値Ｍが実行回数カウンタＣ２のカウント値と比較され、手振れ非発生時は閾値Ｎが実行回数カウンタＣ２のカウント値と比較される。手振れ発生時に求められる相対比は手振れ非発生時に求められる相対比よりも低くなるため、具体的には、相対比が閾値αを上回るとき閾値Ｎが注目され、相対比が閾値α以下のとき閾値Ｍが注目される。

したがって、撮像面１６ｆが手振れ状態にあるときの方向予測処理の起動タイミングは、撮像面１６ｆが手振れ状態にないときの方向予測処理の起動タイミングよりも早くなる。手振れ状態では方向予測処理が合焦方向の確定処理に優先し易くなり、非手振れ状態では合焦方向の確定処理が方向予測処理に優先し易くなる。これによって、手振れ状態では精度は低下するものの短時間で合焦方向を特定でき、非手振れ状態では時間がかかる場合が生じることがあるものの高精度で合焦方向を特定できる。つまり、非手振れ状態では安定したＡＦ評価値が得られるため、通常では時間がかからず、方向判断処理によって短時間で合焦方向を特定することができる。こうして、方向判別に要する時間の短縮化と判別動作の安定性の確保とが両立される。

山登り処理では、決定された合焦方向に向かってフォーカスレンズ１４が移動され、高域ＡＦ評価値２６ａによって検出された高域ＡＦ評価値のうち最大の高域ＡＦ評価値が最大値レジスタＲ１に設定される。最大値レジスタＲ１の設定値が閾値Ｘを上回る状態で、その後に検出された高域ＡＦ評価値が３回連続して最大値レジスタＲ１の設定値を下回ると、フォーカスレンズ１４は図６に示す合焦点ＦＰを越えたとみなされる。フォーカスレンズ１４の移動方向は反転され、フォーカスレンズ１４は合焦点ＦＰに配置される。このとき、フォーカスレンズ１４は、たとえば図６に矢印ＡＸ１で示すように移動する。

最大値レジスタＲ１の設定値が閾値Ｘ以下の状態で、高域ＡＦ評価値が３回連続して最大値レジスタＲ１の設定値を下回り、かつ相対比が閾値βを上回るときは、合焦方向は現時点の移動方向と逆方向であるとみなされる。山登り処理は一旦中止され、移動方向が反転された後に再開される。フォーカスレンズ１４はこのとき、たとえば図６に矢印ＡＸ２で示すように移動する。

最大値レジスタＲ１の設定値が閾値Ｘ以下の状態で、高域ＡＦ評価値が３回連続して最大値レジスタＲ１の設定値を下回り、かつ相対比が閾値β以下のときは、合焦方向が不明であるとして、方向判断処理が再起動される。

監視処理では、最大値レジスタＲ１の設定値からの現高域ＡＦ評価値の変化量がＫ％を上回るか否かが判別される。判別結果が複数フレームにわたって肯定的であれば、フォーカスエリアＦＡに属する被写体自身の動きやビデオカメラ１０のパン／チルトに起因して合焦点ＦＰが変化したとみなし、方向判断処理が再起動される。

ＣＰＵ２８は、図８に示す手振れ補正タスクおよび図９〜図１６に示すコンティニュアスＡＦ処理タスクを含む複数のタスクを並列的に実行する。なお、これらのタスクに対応する制御プログラムは、フラッシュメモリ４６に記憶される。

まず図８を参照して、ステップＳ１では垂直同期信号Ｖｓｙｎｃが発生したか否かを判別する。ここでＹＥＳであればステップＳ３に進み、動き検出回路３０から出力された動きベクトルを取り込む。ステップＳ５では、ＳＤＲＡＭ３６上の抽出エリアＥＸをステップＳ３で取り込まれた動きベクトルが相殺される方向に移動させる。ステップＳ５の処理が完了すると、ステップＳ１に戻る。

図９を参照して、ステップＳ１１では初期化処理を実行する。具体的には、移動ステップ数を“０”に設定し、動作モードを方向判断モードに設定し、そして方向カウンタＣ１および実行回数カウンタＣ２の各々のカウント値を“０”に設定する。なお、移動ステップ数は、ドライバ１８ｂに設けられたステッピングモータ（図示せず）を１回のレンズ移動処理において回転させるべきステップ数を示す。

垂直同期信号Ｖｓｙｎｃが発生するとステップＳ１３からステップＳ１５に進み、高域ＡＦ評価値および中域ＡＦ評価値を高域ＡＦ評価回路２６ａおよび中域ＡＦ評価回路２６ｂからそれぞれ取得する。ステップＳ１７では、上述の数１に従って相対比を算出する。ステップＳ１９では、フォーカスレンズ１４を設定された移動ステップ数だけ設定方向に移動させる。１回目の処理を実行する時点では、移動ステップ数は“０”で、かつ移動方向は未定である。これによって、フォーカスレンズ１４は現在位置に停止し続ける。

ステップＳ２１では現時点の動作モードが方向判断モードであるか否かを判別し、ステップＳ２３では動作モードが山登りモードであるか否かを判別する。ステップＳ２１でＹＥＳであれば、ステップＳ２５で方向判断処理を実行し、ステップＳ２３でＹＥＳであればステップＳ２７で山登り処理を実行し、そしてステップＳ２３でＮＯであればステップＳ２９で監視処理を実行する。ステップＳ２５，Ｓ２７またはＳ２９の処理が完了すると、ステップＳ３１で動き検出回路３０から動きベクトルを取得し、その後にステップＳ１３に戻る。

図９に示すステップＳ２５の方向判断処理は、図１０〜図１１に示すサブルーチンに従って実行される。まずステップＳ４１で実行回数カウンタＣ２が“０”であるか否かを判別する。ここでＹＥＳであれば、ステップＳ６１でフォーカスレンズ１４の移動方向を至近方向に設定する。ステップＳ７５では、現高域ＡＦ評価値を前高域ＡＦ評価値として保持する。ステップＳ７７では実行回数カウンタＣ２をインクリメントし、ステップＳ７９ではフォーカスレンズ１４の移動方向の設定を反転させる。つまり、現時点の移動方向が至近方向であれば無限方向を移動方向として設定し、現時点の移動方向が無限方向であれば至近方向を移動方向として設定する。ステップＳ８１では“１”以上の数値を示す移動ステップ数を設定し、ステップＳ８３では移動量決定処理を実行する。ステップＳ８３の処理が完了すると、上階層のルーチンに復帰する。

ステップＳ４１でＮＯと判断されると、現時点の移動方向が無限方向であるか否かをステップＳ４３で判別し、ＮＯであればステップＳ４５に進む一方、ＹＥＳであればステップＳ４７に進む。ステップＳ４５およびＳ４７のいずれにおいても、現高域ＡＦ評価値が前高域ＡＦ評価値を上回るか否かを判別する。これが、上述した大小関係の判別処理に相当する。ただし、ステップＳ４５では、判別結果がＹＥＳであるときにステップＳ４９に進み、判別結果がＮＯであるときにステップＳ５１に進む。これに対して、ステップＳ４７では、判別結果がＹＥＳであるときにステップＳ５１に進み、判別結果がＮＯであるときにステップＳ４９に進む。

ステップＳ４９では方向カウンタＣ１をディクリメントし、ステップＳ５１では方向カウンタＣ１をインクリメントする。ステップＳ４９またはＳ５１の処理が完了すると、ステップＳ１７で算出された相対比が閾値αを上回るかをステップＳ５３で判別する。ここでＹＥＳであれば、撮像面１６ｆが手振れ状態にないとして、ステップＳ５５に進む。ＮＯであれば、撮像面１６ｆは手振れ状態にあるとして、ステップＳ５７に進む。

ステップＳ５５では実行回数カウンタＣ２のカウント値が閾値Ｎ（Ｎ：たとえば２０）を上回るか否かを判別し、ステップＳ５７では実行回数カウンタＣ２のカウント値が閾値Ｍ（Ｍ：たとえば１０）を上回るか否かを判別する。ステップＳ５５またはＳ５７でＹＥＳであれば、ステップＳ５９の方向予測処理を経て上階層のルーチンに復帰する。一方、ステップＳ５５またはＳ５７でＮＯであれば、ステップＳ６３以降の処理に進む。

ステップＳ６３では方向カウンタＣ１のカウント値が閾値Ａを上回るか否かを判別し、ステップＳ６５では方向カウンタＣ１のカウント値が閾値“−Ａ”を下回るか否かを判別する。なお、数値Ａはたとえば“５”である。ステップＳ６３でＹＥＳであればステップＳ６７で移動方向を無限方向に設定し、ステップＳ６５でＹＥＳであればステップＳ６９で移動方向を至近方向に設定する。ステップＳ６５でＮＯであれば、ステップＳ７５に移行する。

ステップＳ６７またはＳ６９の処理が完了すると、ステップＳ７１で移動ステップ数を“１”以上の値に設定する。ステップＳ７３では、動作モードを山登りモードに設定し、ダウンカウンタＣ３を“０”に設定し、最大値レジスタＲ１をクリアする。ステップＳ７３の処理が完了すると、上階層のルーチンに復帰する。

図１０に示すステップＳ５９の方向予測処理は、図１２に示すサブルーチンに従って実行される。まずステップＳ９１で、現在のフォーカスレンズ１４の位置が移動範囲の中央よりも無限側に近いか否かを判別する。ここでＹＥＳであればステップＳ９５で移動方向を至近方向に設定する一方、ＮＯであればステップＳ９３で移動方向を無限方向に設定する。ステップＳ９７では移動ステップ数を“１”以上の値に設定し、その後に上階層のルーチンに復帰する。

図１１に示すステップＳ８３の移動量決定処理は、図１３に示すサブルーチンに従って実行される。まずステップＳ１０１で動きベクトル量を判別する。動きベクトル量が“大”であればステップＳ１０３に進み、フォーカスレンズ１４の１回の移動量を“大”に設定する。動きベクトル量が“中”であればステップＳ１０５に進み、フォーカスレンズ１４の１回の移動量を“中”に設定する。動きベクトル量が“小”であればステップＳ１０７に進み、フォーカスレンズ１４の１回の移動量を“小”に設定する。ステップＳ１０３，Ｓ１０５またはＳ１０７の処理が完了すると、上階層のルーチンに復帰する。

図９に示すステップＳ２７の山登り処理は、図１４〜図１５に示すサブルーチンに従って実行される。ステップＳ１１１では、現高域ＡＦ評価値が最大値レジスタＲ１の設定値を上回るか否かを判別する。ここでＹＥＳであれば、ステップＳ１１３で現高域ＡＦ評価値を最大値レジスタＲ１に設定し、ステップＳ１１５でダウンカウンタＣ３を“０”に設定する。ＮＯであれば、ステップＳ１１７でダウンカウンタＣ３をインクリメントする。ステップＳ１１５またはＳ１１７の処理が完了すると、ダウンカウンタＣ３のカウント値が“２”であるか否かをステップＳ１１９で判別する。

ここでＮＯであればそのままステップＳ１２３に進む一方、ＹＥＳであればステップＳ１２１でフォーカスレンズ１４の現在位置をレンズ位置レジスタＲ２に登録する。ステップＳ１２３ではダウンカウンタＣ３のカウント値が“３”を上回るか否かを判別し、ＮＯであれば上階層のルーチンに戻る一方、ＹＥＳであれば最大値レジスタＲ１の設定値が閾値Ｘを上回るか否かをステップＳ１２５で判別する。

ステップＳ１２５でＹＥＳであれば、フォーカスレンズ１４は合焦点を越えたとみなし、ステップＳ１２７で移動方向を反転させる。ステップＳ１２９では、レンズ位置レジスタＲ２に登録されたレンズ位置に基づいて合焦点ＦＰを特定し、特定された合焦点ＦＰまでの移動ステップ数を設定する。ステップＳ１３１では、動作モードを監視モードに設定し、ダウンカウンタＣ３および監視カウンタＣ４の各々のカウント値を“０”に設定する。ステップＳ１３１の処理が完了すると、上階層のルーチンに復帰する。

ステップＳ１２５でＮＯと判断されると、山登り処理を中止するべくステップＳ１３３に進む。ステップＳ１３３では、ステップＳ１７で算出された相対比が閾値βを上回るか否かを判別する。ここでＹＥＳと判断されると、フォーカスレンズ１４の移動方向は合焦点に向かう方向と逆方向であるとみなし、ステップＳ１３５で移動方向を反転させ、かつステップＳ１３７で移動ステップ数を“１”以上の数値に設定する。ステップＳ１３９では、ダウンカウンタＣ３を“０”に設定し、かつ最大値レジスタＲ１をクリアする。ステップＳ１３９の処理が完了すると、上階層のルーチンに復帰する。この結果、山登り処理が再起動される。

ステップＳ１２５およびステップＳ１３３の両方でＮＯと判断されると、ステップＳ１４１に進み、動作モードを方向判断モードに設定しかつ方向カウンタＣ１および実行回数カウンタＣ２の各々を“０”に設定する。ステップＳ１４１の処理が完了すると、上階層のルーチンに復帰する。この結果、方向判断処理が再起動される。

図９に示すステップＳ２９の監視処理は、図１６に示すサブルーチンに従って実行される。まずステップＳ１５１で、最大値レジスタＲ１の設定値からの現高域ＡＦ評価値の変化量がＫ％を上回るか否かを判別する。ここでＮＯであれば監視カウンタＣ４を“０”に設定する一方、ＹＥＳであればステップＳ１５５で監視カウンタＣ４をインクリメントする。ステップＳ１５３またはＳ１５５の処理が完了すると、監視カウンタＣ４のカウント値が閾値Ｄを上回るか否かをステップＳ１５７で判別する。ここでＮＯであればそのまま上階層のルーチンに復帰する。ＹＥＳであれば、ステップＳ１５９で動作モードを方向判断モードに設定し、方向カウンタＣ１および実行回数カウンタＣ２の各々を“０”に設定してから、上階層のルーチンに復帰する。

以上の説明から分かるように、イメージセンサ１６は、フォーカスレンズ１４を経た被写界の光学像が照射される撮像面１６ｆを有し、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤ回路２０は、撮像面１６ｆで生成された被写界像を表す画像データを繰り返し出力する。高域ＡＦ評価回路２６ａは、画像データの高域周波数成分を抽出して高域ＡＦ評価値を検出する。フォーカスレンズ１４の位置は、ＣＰＵ２８の制御の下でドライバ１８ｃによって至近方向および無限方向に交互に移動される(S19, S79)。

ＣＰＵ２８は、フォーカスレンズ１４の移動回数を示す実行回数カウンタＣ２のカウント値が閾値ＭまたはＮ（Ｎ＞Ｍ）を上回るとき、合焦点ＦＰに向かう方向である合焦方向をフォーカスレンズ１４の現在位置から予測する(S59)。ここで、撮像面１６ｆが手振れ状態にあるときは閾値Ｍが実行回数カウンタＣ２のカウント値と比較され(S57)、撮像面１６ｆが手振れ状態にないときは閾値Ｎが実行回数カウンタＣ２のカウント値と比較される(S55)。

ＣＰＵ２８はまた、フォーカスレンズ１４の設定位置に対応して高域ＡＦ評価回路２６ａによって検出された高域ＡＦ評価値に基づいて、合焦方向を仮定するための方向カウンタＣ１を更新する。ＣＰＵ２８は、方向カウンタＣ１のカウント値（仮定回数に関連する回数パラメータ）が既定条件を満足するとき、このカウント値に基づいて合焦方向を確定させる(S63~S69)。ＣＰＵ２８は、フォーカスレンズ１４を予測または確定された合焦方向に移動させて合焦点ＦＰを探索する(S27)。

したがって、撮像面１６ｆが手振れ状態にあるときの方向予測処理の起動タイミングは、撮像面１６ｆが手振れ状態にないときの方向予測処理の起動タイミングよりも早くなる。手振れ状態では方向予測処理が合焦方向の確定処理に優先し易くなり、非手振れ状態では合焦方向の確定処理が方向予測処理に優先し易くなる。これによって、手振れ状態では精度は低下するものの短時間で合焦方向を特定でき、非手振れ状態では時間がかかる場合が生じることがあるものの高精度で合焦方向を特定できる。つまり、非手振れ状態では安定したＡＦ評価値が得られるため、通常では時間がかからず、方向判断処理によって短時間で合焦方向を特定することができる。こうして、方向判別に要する時間の短縮化と判別動作の安定性の確保とが両立される。

また、この実施例によれば、フォーカスレンズ１４の１回の移動量は、撮像面１６ｆの手振れ量が大きいほど大きくされる。これによって、合焦方向を的確に判別することができる。

なお、この実施例では、コンティニュアスＡＦ処理を行うにあたってフォーカスレンズ１４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１４とともにまたはフォーカスレンズ１４に代えてイメージセンサ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、動き検出回路３０によって検出される動きベクトルが撮像面１６ｆの手振れ量に相当することを前提としている。しかし、動きベクトルは、撮像面１６ｆによって捉えられる被写界に存際する物体に動きが生じたときにも検出される。したがって、図１０に示すステップＳ５７の処理（閾値Ｍに注目する処理）は、被写界に存在する物体に大きな動きが生じたときにも実行される。

この発明の一実施例の構成を示すブロック図である。 ＳＤＲＡＭにおける抽出エリアの割り当て状態の一例を示す図解図である。 ＬＣＤモニタに表示される画像の一例を示す図解図である。 撮像面に割り当てられたフォーカスエリアの一例を示す図解図である。 方向判断時のフォーカスレンズの動作の一例を示す図解図である。 レンズ位置と高域ＡＦ評価値および中域ＡＦ評価値の各々との関係を示すグラフである。 手振れ状態での高域ＡＦ評価値の変化と非手振れ状態での高域ＡＦ評価値との関係を示すグラフである。 ＣＰＵの動作の一部を示すフロー図である。 ＣＰＵの動作の他の一部を示すフロー図である。 ＣＰＵの動作のその他の一部を示すフロー図である。 ＣＰＵの動作のさらにその他の一部を示すフロー図である。 ＣＰＵの動作の他の一部を示すフロー図である。 ＣＰＵの動作のその他の一部を示すフロー図である。 ＣＰＵの動作のさらにその他の一部を示すフロー図である。 ＣＰＵの動作の他の一部を示すフロー図である。 ＣＰＵの動作のその他の一部を示すフロー図である。

符号の説明

１０ …ビデオカメラ
１２ …ズームレンズ
１４ …フォーカスレンズ
１６ …イメージセンサ
２６ａ …高域ＡＦ評価回路
２６ｂ …中域ＡＦ評価回路
２８ …ＣＰＵ
３０ …動き検出回路

Claims (11)

1. 光学レンズを経た被写体の光学像が照射される撮像面を有し、前記撮像面で生成された画像データを繰り返し出力する撮像手段、
   前記画像データから抽出した第１周波数帯域に属する第１周波数成分に基づいて第１合焦評価値を求める第１評価手段、
   前記光学レンズから前記撮像面までの距離を変更する距離変更手段、
   前記距離変更手段が距離を変更する都度前記第１合焦評価値に基づいて無限方向または至近方向の合焦方向を仮定する仮定手段、
   前記仮定手段が前記無限方向を仮定したとき増加されかつ前記至近方向を仮定したとき減少される方向回数が正の閾値を上回ったとき、合焦方向を前記無限方向として確立させ、前記方向回数が負の閾値を下回ったとき合焦方向を前記至近方向として確定させる確定手段、
   前記距離変更手段によって距離を変更した変更回数が閾値を上回るとき、前記光学レンズと前記撮像面との相対的位置関係が至近端に近いとき合焦方向を無限方向と予測し、前記光学レンズと前記撮像面との相対的位置関係が無限端に近いとき合焦方向を至近方向と予測する予測手段、
   前記光学レンズから前記撮像面までの距離を前記確定手段の結果または前記予測手段の結果のうち先に得られた結果に基づいて合焦点に対応する距離に調整する調整手段、および
   前記撮像面によって捉えられる光学像の動き量が基準を上回るとき前記閾値を減少させる閾値変更手段を備える、ビデオカメラ。
2. 前記調整手段は、前記第１合焦評価値が連続して基準値を下回ったとき前記予測手段または前記確定手段の結果に基づく調整動作を中止する中止手段を含む、請求項１記載のビデオカメラ。
3. 前記画像データから抽出した第２周波数帯域に属する第２周波数成分に基づいて第２合焦評価値を求める第２評価手段、および
   前記第１合焦評価値および前記第２合焦評価値の相対比を算出する算出手段をさらに備え、
   前記調整手段は、前記相対比が閾値条件を満足するか否かを前記中止手段が中止処理を行うときに判別する判別手段、前記判別手段が前記相対比が閾値条件を満足すると判別したとき方向を反転して調整処理を再開する再開手段、および前記判別手段が前記相対比が閾値条件を満足すると判別しなかったとき前記距離変更手段を再起動する再起動手段を含む、請求項２記載のビデオカメラ。
4. 前記画像データから抽出した第２周波数帯域に属する第２周波数成分に基づいて第２合焦評価値を求める第２評価手段、および
   前記第１合焦評価値および前記第２合焦評価値の相対比を算出する算出手段をさらに備え、
   前記閾値変更手段は前記相対比に基づいて前記動き量を判別する、請求項１または２記載のビデオカメラ。
5. 前記撮像手段から出力された画像データをメモリに書き込む書き込み手段、
   前記メモリに格納された画像データのうち指定エリアに属する部分画像データを読み出す読み出し手段、および
   前記撮像面によって捉えられる光学像の動きが補償される方向に前記指定エリアの位置を移動させる移動手段をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載のビデオカメラ。
6. 前記撮像面によって捉えられる光学像の動き量が大きいほど前記距離変更手段による１回の変更量を大きくする変更量制御手段をさらに備える、請求項１ないし５のいずれかに記載のビデオカメラ。
7. 被写体の変動量に関連する変動パラメータが変動条件を満足する毎に前記距離変更手段を再起動する再起動手段をさらに備える、請求項１ないし６のいずれかに記載のビデオカメラ。
8. 前記予測手段は、前記光学レンズから前記撮像面までの距離が最大距離の１／２以上のとき前記無限方向を前記合焦方向として予測する無限方向予測手段、および前記光学レンズから前記撮像面までの距離が最大距離の１／２を下回るとき前記至近方向を前記合焦方向として予測する至近方向予測手段を含む、請求項１ないし７のいずれかに記載のビデオカメラ。
9. 前記距離変更手段は前記距離を前記無限方向および前記至近方向の間で交互に変更する、請求項１ないし８のいずれかに記載のビデオカメラ。
10. 光学レンズを経た被写体の光学像が照射される撮像面を有し、前記撮像面で生成された画像データを繰り返し出力する撮像手段、および前記画像データから抽出した所定周波数帯域に属する周波数成分に基づいて合焦評価値を求める評価手段を備えるビデオカメラのプロセサに、
    前記光学レンズから前記撮像面までの距離を変更する距離変更ステップ、
    前記距離変更ステップで距離を変更する都度前記合焦評価値に基づいて無限方向または至近方向の合焦方向を仮定する仮定ステップ、
    前記仮定ステップで前記無限方向を仮定したとき増加されかつ前記至近方向を仮定したとき減少される方向回数が正の閾値を上回ったとき、合焦方向を前記無限方向として確立させ、前記方向回数が負の閾値を下回ったとき合焦方向を前記至近方向として確定させる確定ステップ、
    前記距離変更ステップによって距離を変更した変更回数が閾値を上回るとき、前前記光学レンズと前記撮像面との相対的位置関係が至近端に近いとき合焦方向を無限方向と予測し、前記光学レンズと前記撮像面との相対的位置関係が無限端に近いとき合焦方向を至近方向と予測する予測ステップ、
    前記光学レンズから前記撮像面までの距離を前記確定ステップでの結果または前記予測ステップでの結果のうち先に得られた結果に基づいて合焦点に対応する距離に調整する調整ステップ、および
    前記撮像面によって捉えられる光学像の動き量が基準を上回るとき前記閾値を減少させる閾値変更ステップを実行させる、合焦制御プログラム。
11. 光学レンズを経た被写体の光学像が照射される撮像面を有し、前記撮像面で生成された画像データを繰り返し出力する撮像手段、および前記画像データから抽出した所定周波数帯域に属する周波数成分に基づいて合焦評価値を求める評価手段を備えるビデオカメラによって実行される合焦制御方法であって、
    前記光学レンズから前記撮像面までの距離を変更する距離変更ステップ、
    前記距離変更ステップで距離を変更する都度前記合焦評価値に基づいて無限方向または至近方向の合焦方向を仮定する仮定ステップ、
    前記仮定ステップで前記無限方向を仮定したとき増加されかつ前記至近方向を仮定したとき減少される方向回数が正の閾値を上回ったとき、合焦方向を前記無限方向として確立させ、前記方向回数が負の閾値を下回ったとき合焦方向を前記至近方向として確定させる確定ステップ、
    前記距離変更ステップによって距離を変更した変更回数が閾値を上回るとき、前記光学レンズと前記撮像面との相対的位置関係が至近端に近いとき合焦方向を無限方向と予測し、前記光学レンズと前記撮像面との相対的位置関係が無限端に近いとき合焦方向を至近方向と予測する予測ステップ、
    前記光学レンズから前記撮像面までの距離を前記確定ステップでの結果または前記予測ステップでの結果のうち先に得られた結果に基づいて合焦点に対応する距離に調整する調整ステップ、および
    前記撮像面によって捉えられる光学像の動き量が基準を上回るとき前記閾値を減少させる閾値変更ステップを含む、合焦制御方法。

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