JP6072632B2

JP6072632B2 - 撮像装置、撮像方法および撮像システム

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Publication number: JP6072632B2
Application number: JP2013149025A
Authority: JP
Inventors: 媛李; 三好　雅則; 雅則三好; 友明西口
Original assignee: Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2033-07-18
Also published as: US9282236B2; CN104301603A; US20150022708A1; JP2015022085A; CN104301603B

Description

本発明は、撮像装置、撮像方法および撮像システムに関するものである。

オートフォーカスとは、カメラの合焦(ピント合わせ)を自動化する機能である。

オートフォーカスは、大きく分けて，二つのステップからなる制御動作によって行われる。

まず、ステップ１にて，合焦を判断するための合焦エリアにおける合焦度の計測を行う。

次に、ステップ２では、ステップ１で計測された合焦度を用いて、合焦度が最大値になる合焦位置の探索が行われる。従来より、山登り探索が多く用いられている。この探索方法は、合焦度が所定の閾値レベル以上のレンズ位置の領域を決め、その範囲から、合焦度の値の勾配が増加する方向へレンズを移動する方法が採られている。そして、ピーク付近で細かく探索し、ピークになるレンズ位置を探索する。

本技術分野の背景技術として、特開2009-42621（特許文献１）には、「被写体像を電気信号に変換する撮像手段と、撮像手段から出力される信号から算出され、画像の鮮鋭度を示す評価値に基づきレンズの焦点位置を調節する焦点調節機構を有する。撮像画面に評価値算出エリアとなるフォーカスエリアを設定するフォーカスエリア設定手段と、レンズを焦点調節の範囲内で移動させるレンズ移動手段と、レンズ移動手段により移動されるレンズ位置毎に評価値を算出する評価値算出手段と、を備え、レンズを移動させながら各レンズ位置で評価値を取得する評価値取得動作を近距離側から開始し、評価値が所定の閾値以上となるレンズ位置で撮影を行う。」と記載されている。

特開２００９−４２６２１号公報

前記特許文献１に記載のオートフォーカス制御では、以下の問題点がある。

まず、低照度の場合などのコントラストの値が低い撮像環境では、合焦度の値がノイズの影響を受けやすく、ノイズによって本来のピークの位置を誤認してしまう場合がある。このため、レンズ位置を適切な合焦位置に制御することが出来ず、被写体がピンボケになってしまう。

そこで本発明は、レンズ移動可能の範囲から合焦に適切なレンズ位置範囲を選別し、精度よく合焦できる撮像装置、撮像方法および撮像システムを実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、フォーカス制御を行う撮像装置において、被写体像を映像信号に変換する信号変換処理部と、前記信号変換処理部から出力される映像信号を取得する画像取得部と、前記画像取得部で取得した撮像画面に評価値算出エリアとなる合焦エリアを設定する合焦エリア設定部と、レンズを移動させ、各レンズ位置毎に前記合焦エリアの画像における各画素近傍の輝度差分が、予め定めた閾値よりも大きい場合には有効符号と設定し、前記有効符号の前記合焦エリアにおける密度である有効符号密度を求め、予め定めた前記有効符号密度の閾値に基づいて前記レンズの光軸方向における位置が合焦に適した有効範囲か否かを判定する有効範囲選別部と、前記有効範囲選別部において前記レンズの位置が前記有効範囲に位置すると判断する場合には、前記レンズ位置における合焦度を求める合焦度算出部と、前記合焦度に基づいて前記レンズ位置の制御を行うレンズ制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明は、レンズ移動可能の範囲から合焦に適切なレンズ位置範囲を選別し、精度よく合焦できる撮像装置、撮像方法および撮像システムを実現することができる。

本実施例の撮像装置の構成図の例である。本実施例の合焦エリア設定部で行われる画像処理について説明する図である。合焦位置が４８stepである場合のカメラのレンズの移動可能範囲における合焦度、移動範囲可能範囲における（１）有効範囲および（２）無効範囲、および任意のレンズ位置における取得画像の例を示す図である。任意の評価領域（x,y）のうち、任意の画素Ｐ(x,y)を方向符号化する例を示している。有効符号、無効符号に基づいた方向符号画像である。レンズの移動可能範囲に対して，評価領域における局所領域内の有効符号密度をプロットしたものである。合焦度算出部において求められた評価領域の合焦度および統計合焦度を説明する図である。黄金分割法を用いた最大値の探索方法を説明した図である。本実施例における処理フローを示している。実施例２に係る発明を搭載した監視システムを示す。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

本実施例では、撮像装置の例を説明する。

図１は、本実施例の撮像装置の構成図の例である。

撮像装置は、カメラ信号処理部１０、レンズユニット１１、撮像素子１２、ノイズ除去部１３、Ａ/Ｄ変換部１４、レンズ制御部１７、モータドライバ部１８を有する。

レンズユニット１１は、レンズ２０とレンズ２０を駆動させるモータ１９を有し、レンズ２０を駆動させることによりフォーカス制御を行っている。

レンズ２０から入射された画像は撮像素子１２に入力され、受光面に結像された被写体の光学像を光電変換し、得られた撮像信号をノイズ除去部１３に送出する。その後、ノイズ除去部13において所定のノイズ除去処理が施され、Ａ／Ｄ変換部１１においてデジタル変換された後、デジタル撮像信号としてカメラ信号処理部１０に与えられる。

カメラ信号処理部１０は、信号変換処理部１５および画像処理部１６を有している。信号変換処理部１５は、供給されるデジタル撮像信号に対して所定の信号処理を施すことにより、デジタル撮像信号を例えばＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）規格やＰＡＬ（Phase Alternating Line）規格等に準拠した標準的な信号形式の映像信号に変換して外部または画像処理部１６に出力される。

画像処理部１６は、画像取得部１６Ａ、合焦エリア設定部１６Ｂ、有効範囲選別部１６Ｃおよび合焦度算出部１６Ｄから構成される。

画像取得部１６Ａは、監視カメラなどの撮像デバイスであり、カメラで撮影された画像を取り込み、映像信号を合焦エリア設定部１６Ｂへ入力する。

合焦エリア設定部１６Ｂは、入力されたカメラの画像映像信号の領域から、合焦を評価するための評価領域を設定し、その評価領域の画像情報を有効範囲選別部１６Ｃおよび、合焦度算出部１６Ｄへ出力する。

有効範囲選別部１６Ｃは、合焦エリア設定部１６Ｂから得られる合焦エリアの情報および画像取得部１６Ａから得られる画像情報を用いて、現在のレンズ位置が、合焦に適しているか（以下、有効範囲と称する）又は合焦に適していないか（以下、無効範囲と称する）を判断する。この判断方法についての詳細は後述する。判断結果は、合焦度算出部１６Ｄまたは/およびレンズ制御部１７へ出力される。

合焦度算出部１６Ｄは、合焦エリア設定部１６Ｂで設定される合焦エリアの画像情報に基づいて、カメラで撮影された画像の合焦度を計測する。計測された合焦度は、レンズ制御部１７へ出力される。

レンズ制御部１７は、有効範囲選別部１６Ｃから入力される有効範囲および無効範囲の情報と、合焦度算出部１６Ｄから入力される合焦度の結果に基づいて、レンズ位置の制御を行う。詳細は後述するが、具体的には、現在のレンズ位置が有効範囲ではない場合は、合焦度を求めずにレンズを移動させ、レンズ位置が有効範囲にある場合は、有効範囲内で合焦度の最大値を探索し、レンズを合焦位置に移動させる。本構成を採用することにより、レンズ移動可能の範囲から合焦に適切なレンズ位置範囲を選別し、精度よく合焦できるとともに、合焦位置決定のための制御をより高速に行うことができる。なお、レンズ位置が有効範囲にない場合にも合焦度を求める構成としてもよい。

レンズ制御部１７から出力されるレンズ制御指令は、モータドライバ１８に出力され、モータドライバ１８は、レンズ制御指令に基づき、レンズ２０を駆動するモータ１９を駆動させ、フォーカス制御を行う。

以下、画像処理部１６に設けられている、画像取得部１６Ａ、合焦エリア設定部１６Ｂ、有効範囲判断部１６Ｃおよび合焦度算出部１６Ｄについて、詳細に説明する。

まず、合焦エリア設定部１６Ｂについて、図２および適宜図１を用いて説明する。

図２は、本実施例の合焦エリア設定部１６Ｂで行われる画像処理について説明する図である。

図２（a）は、画像取得部１６Ａから取得された画像２０のうち、合焦エリア２１およびサンプリング点２２（三角形を付した点）を示している。図２（b）は、サンプリング点２２のうち各種手法を用いて選別した評価点２３を示している。図２（ｃ）は、選別した評価点２３を中心として設定される評価領域２４を示している。

合焦エリア設定部１６Ｂでは、まず、図２（a）に示すように、画像入力部１０で取得された画像２０が入力され、合焦を行う場合に用いる合焦エリア２１を設定する。この合焦エリア２１は任意に設定することが可能である。そして、合焦エリア２１のうち、サンプリング点２２を設定する。サンプリング点２２の設定方法としては、例えば図２（a）に示すように、合焦エリア２１において格子状にサンプリング点２２を設定することができる。なお、サンプリング点２２の設定はこの方法に限らない。

次に、図２（b）に示すように、サンプリング点２２のうち、取得された画像２０の合焦評価に用いる評価点２３を設定する。ここで、評価点２３を設定する手法として、sobel手法による画像上被写体のエッジ情報を用いて設定することが考えられる。以下、sobel手法による評価点２３の設定について説明する。

まず、式（１）より画像をサンプリングし処理画像２０を設定する。

ここで，（Ｈ×Ｌ）は、x、y方向の画像のサイズである。（ｘ，ｙ）は、サンプリングされた画素の位置情報である。Ｓ_xは、サンプリングされた処理画像２０のx方向のサンプリング幅であり，Ｓ_xは、サンプリングされた処理画像３０のy方向のサンプリング幅である。（a,b）は、x、y方向のサンプリング幅の個数である。このようにサンプリング点２２を設定することで、合焦評価における計算コスト低減が可能となる。

次に、サンプリング点２２のうち、式（３）および式（４）を用いて画像から合焦評価に有効な評価点２３を抽出する。

ここで、ｈ_xは水平方向フィルタである。ｈ_yは垂直方向フィルタである。この二つのフィルタを用いて，局所積和演算でエッジの強度ｈ_xyを求める。

数式２で求めたエッジの強度は、数式３を用いて、しきい値（Threshold）を超えた場合は，評価点２３として選択する。このように、数式２および数式３を用いることで、エッジ強度が大きい部分を評価点２３として抽出することが出来る。エッジ強度が大きい評価点を選択することで、非合焦から合焦に変化した際にその変化が認識しやすいというメリットがある。

なお、合焦エリア設定部１６Ｂにおける、エリア設定の方法は上述のSobel手法に限らず、例えば、画像全部の領域をエリアとして設定することもできる。また、画像の中心を被写体が存在すると予測し、中心の領域として設定することも可能である。また、現在多くのカメラで利用されている、9点、5点評価点の設定方法も考えられる。

続いて、図２（ｃ）は、設定された評価点２３に基づいて、評価点２３を中心として設定される評価領域２４を示したものである。評価領域２４は、評価点２３を中心として任意の画素数からなる領域である。設定された評価領域２４の情報は、合焦度算出部１６Ｄに出力される。

なお、合焦度を算出するにあたり、合焦エリア２１の画像情報を用いてもよいし、１箇所または複数箇所の評価領域２４の画像情報を用いることも可能である。

次に、有効範囲選別部１６Ｃについて説明する。

まず図３を用いて、カメラレンズの移動可能範囲内における、合焦に適した有効範囲と合焦に適さない無効範囲について説明する。

図３は、合焦位置が４８ｓｔｅｐである場合のカメラのレンズの移動可能範囲における合焦度、移動範囲可能範囲における（１）有効範囲および（２）無効範囲、および任意のレンズ位置における取得画像２０の例を示す図である。

図３に示すように、レンズの移動可能範囲は、以下の二つの範囲に大別できる。

(1)有効範囲：有効範囲は、画像のエッジ情報がある程度存在する範囲を指す。ここでは、有効範囲が０ｓｔｅｐ〜１４１ｓｔｅｐの例を示す。レンズがＮｅａｒ位置から合焦位置までに位置する場合は、合焦度が増加傾向にあり、画像は非合焦状態から合焦状態になる。取得画像２０が、０ｓｔｅｐにおける取得画像２０ではややぼける状態であって、４８ｓｔｅｐにおける取得画像２０では合焦状態にあることからも明らかである。次に、合焦位置(４８ｓｔｅｐ)では、合焦度が最大値に到達する。続いて、合焦位置からＦａｒ方向に移動すると，合焦度が減少傾向にあるため、画像は合焦状態から再びぼける状態に戻る。４８ｓｔｅｐでは取得画像２０が合焦状態にあるが、１４９ｓｔｅｐの取得画像２０では非合焦状態にあることからも明らかである。

(2)無効範囲：無効範囲は，合焦位置（図４における４８ｓｔｅｐ）が存在しない範囲であり，エッジ情報が少ない範囲を指している。無効範囲では、レンズがfarに近づくと、画像は更にぼける。４８ｓｔｅｐにおける取得画像２０では合焦状態にあるのに対し、１４８ｓｔｅｐから２６２ｓｔｅｐに進むにつれ、取得画像２０がぼける状態になることからも明らかである。

ところで、前述したように、低照度等のコントラストの値が低い撮像環境では、合焦度の値がノイズの影響を受けやすいため、本来のピークの位置でないレンズ位置で合焦度が高くなり、合焦位置を誤認してしまう場合がある。例えば、図５における１５５step付近のピークがその一例である。また、ピントがぼけている画像では，エッジなどの情報量が減少するために、合焦評価する画素とその近傍画素の明度変化の方向の変化がなくなり，合焦度が全体的に高くなってしまう場合がある。この場合、従来の合焦探索手法では，レンズをレンズ移動可能範囲で移動させ、レンズ位置毎に合焦度を算出して合焦度の最大値を探索するために、無効範囲内に存在するノイズを合焦位置におけるピークとして誤って認識してしまう場合や、合焦位置を適切に探索できない場合がある。

そこで本実施例では、上述のようなピークを誤って合焦位置として認識することを防ぐために、レンズの位置が有効範囲にあるか否かを判定し、有効範囲にある場合にはレンズ位置のフォーカス制御を行う。本構成により、無効範囲において高い合焦度が存在する場合でも、有効範囲の合焦度を参照して合焦位置の探索を行う構成とするので、レンズの合焦位置の誤認識を防ぎ、レンズ移動可能の範囲から合焦に適切なレンズ位置範囲を選別し、精度よく合焦できる。

また、有効範囲にある場合には、合焦値を求めて合焦度の最大値を探索し、無効範囲にある場合には合焦度を求めない構成を採用することで、レンズの合焦位置の誤認識を防ぐとともに、合焦までの時間の短縮を図ることが出来る。

以下、有効範囲選別部１６Ｃにおいて、有効範囲と無効範囲を認定する方法について説明する。有効範囲と無効範囲の認定にあたっては、有効範囲では画像のエッジ情報が多く存在するが、無効範囲では画像のエッジ情報が損失するという特徴を用いて認定する。具体的には、合焦エリア設定部１１で求めた評価領域２４のエッジ情報を定量的に評価することが考えられる。

ところで、エッジ情報を定量的に評価する場合に、エッジの輝度勾配を用いた方法が多く用いられる。しかし，輝度勾配は画素の明度変化の強さを計測するものであるので、照明によって変動し、特に低照度環境下では適切ではない。

そこで本実施例では、輝度自体ではなく、任意の画素と任意の画素の近傍画素との明度変化が最大となる輝度勾配方向を量子化した「方向符号」を用いて、エッジ情報を定量的に評価する。方向符号を用いることにより、照度が変動してもエッジ情報の定量化において影響を受けにくいという特徴を有する。

以下、有効範囲選別部１６Ｃで求める方向符号について、図４を用いて簡単に説明する。

図４は、任意の評価領域４０（x,y）のうち、任意の画素Ｐ(x,y)４１を方向符号化する例を示している。

図４（a）は、任意の評価領域４０（x,y）のうち、任意の画素Ｐ(x,y)４１を中心とし、近傍３×３の９画素を局所領域４２として設定した図である。

図４（ｂ）は、任意の画素Ｐ(x,y)４１を中心とした近傍３×３の９画素の局所領域４２を示している。

図４（ｃ）は、局所領域４２の各画素における輝度値を示したものである。輝度勾配方向４３は、中心画素４１と中心画素４１の近傍画素４４との輝度差分の方向および大きさを表したものであり、図４（ｃ）において求められる輝度差分のうち、輝度差分の大きさが最大となる輝度勾配方向である。この輝度勾配方向４３を量子化したものが方向符号として求められる（図４（e））。

図４（d）は、方向符号を求める際に用いる方向符号チャート４５を示している。方向符号は、時計が一回りすると１２時から０時に進むのと同様に巡回的に定義され、方向符号i (i=0,1,...,N)に変換される。ここではN＝16の例を示している。図４（ｃ）に示した輝度差分方向４３を方向符号化すると、図４（ｄ）に示すi=14に変換される。方向符号は、各画素ごとに求められる。

各画素において定義される方向符号iのうち、画素近傍の輝度差分が閾値より小さいとしてＮ（本実施例ではＮ＝１６）に方向符号化される符号を「無効符号」とする。一方、その他の輝度変化の輝度勾配方向を表した方向符号i(i=0, 1,...,N-1) （本実施例ではi＝０，１、・・・１５）を「有効符号」と呼ぶことにする。有効符号に符号化された画素は、輝度差分が閾値より大きいことから、エッジ情報量が多い場合であることが分かる。一方、無効符号は、画素近傍のコントラストが閾値より低い、すなわち、エッジ情報量が少ないことがわかる。

以上の方向符号化の処理を、評価領域４０の画素について行い、各画素毎に有効符号、無効符号の設定を行う。

図５は，図４の手法を用いて各画素毎に求められた有効符号、無効符号に基づいた方向符号画像である。図５（a）は、合焦状態における合焦画像５０および合焦画像５０の方向符号画像５１、図５（b）は、非合焦状態における非合焦画像５２および非合焦画像５２の方向符号画像５３を示したものである。

方向符号画像５１、５３では、白い画素は、方向符号のうちNに符号化された無効符号を表している。一方、黒い画素は、有効符号を表している。方向符号画像５１と方向符号画像５３とを比較すると、合焦画像５１のほうが非合焦画像５２よりも画素領域に対する有効符号（黒い画素）の割合が高いことが分かる。すなわち、有効符号の割合が大きい場合は，この領域内合焦判断に利用できるエッジ情報量が多く、合焦に適した状態にあると判断することが出来る。一方，有効符号の割合が小さい場合は，この領域内合焦判断に利用できるエッジ情報量が少ないため、合焦に適さない非合焦状態にあることがわかる。このように、本実施例では、画素毎に有効符号または無効符号を設定することで、低照度下においても画像のエッジ情報量を適切に認識することが可能になる。

エッジ情報量を定量的に評価するため，本実施例の一例として局所領域内に有効符号の密度を評価する。有効符号の密度ρ_xyは、式（５）より定義することができる。ここでは，Ｍは評価領域５０の総ピクセル数、ｈ_xy（Ｎ）は無効符号と判断された画素の出現頻度である。

式（５）では無効符号の出現頻度をカウントすることにより、有効符号密度ρ_xyを求めているが、これは有効符号の出現頻度が高い場合に、処理時間の短縮化が期待できるためである。なお、直接有効符号の出現頻度を求めることにより、有効符号密度ρ_xyを求めてもよい。このように、有効符号密度ρ_xyを用いることにより、評価領域の大きさに寄らずエッジ情報を定量的に評価することができる。

なお、予め決めた評価領域の大きさである場合には、有効符号密度ρ_xyに代えて、有効符号または無効符合の絶対値を用いてもよい。

図６は，レンズの移動可能範囲に対して，式（５）に基づいて求めた評価領域における局所領域内の有効符号密度をプロットしたものである。

無効範囲または有効範囲の判断は、有効符号密度に閾値を設定し、この閾値よりも有効符号密度が大きいレンズ位置範囲は有効範囲、一方、小さいレンズ位置範囲は無効範囲と判定する。これらの判定に際しては、レンズのNearまたはFar両端からそれぞれ判断を行う。

ここで，Thresholdは有効符号密度の閾値である。
このように、合焦に適した有効範囲が判定された場合には、レンズ制御部１７および合焦度算出部１６Ｄへ出力される。有効範囲または無効範囲の判断に当たって用いる有効符号密度は、複数の評価領域の統計値を用いてもよいし、任意の評価領域の有効符号密度を用いてもよい。

図７は、合焦度算出部１６Ｄにおいて求められた評価領域２４の合焦度および統計合焦度を説明する図である。

合焦度算出部１６Ｄは、合焦エリア設定部１６Ｂからの合焦エリアの情報と、後述する有効範囲選別部１６Ｃからの有効範囲選別結果が入力される。有効範囲であると判定された場合には、以下のように合焦値を求める。

図７（a）は、合焦エリア設定部１１で設定された評価点２３のうち、任意の評価領域である評価領域３点（以下の説明では、評価領域１〜３と称する）のそれぞれの合焦度７０〜７２を示している。図７（ｂ）は、評価領域１〜３におけるそれぞれの合焦度７０〜７２の統計合焦度３３を示している。統計合焦度７３は、合焦度算出部１３において、合焦度７０〜７２から数式３に基づいて求める。式（７）では、合焦度７０〜７２における全ての評価領域の合焦度の平均値を取ることによって代表値を計算する。

このように求められた統計合焦度７３は、レンズ制御部１７に出力される。

レンズ制御部１７は、有効範囲選別部１６Ｃで求められた有効範囲において、合焦度算出部１６Ｄで計測された合焦値を用いて合焦値の最大値を探索する。一方、有効範囲選別部１６Ｃで無効範囲と求められた場合は、合焦値を求めることなくレンズを移動させる。なお、無効範囲と求められた場合、合焦値を求めレンズを移動させる構成としてもよい。

この最大値に達したレンズの位置は合焦位置として出力する。レンズ制御部１４は、山登り算出手法や、単純な合焦度の最大値を探索する手法も利用できる。

なお、従来の山登り手法は、低照度の場合は、局所最大値を合焦位置として認識する可能性があった。この問題を解決するため、擬似山にロバストかつ，探索回数が安定する黄金分割法を利用することが考えられる。黄金分割法は，山登り手法と異なり勾配の増加を利用せず、合焦値のみを用いて探索方向を決める方法である。そして、黄金比を用いて，探索領域を狭めていくことで最大値を求める。ここで、「黄金比」は1:1.61803(((√5-1))/2)とし、この比率を内分点で分けると0.38197:0.61803と表すことができる。そのため、この方法は、局所での値の微小な変動にロバストであり、探索領域から最大値を探索できる。また，探索範囲が決めれば，同じ探索位置に到達することが特徴を持つ。

図８は、黄金分割法を用いた最大値の探索方法を説明した図である。

ステップ１：aはNearから絞り込んだ有効領域の開始位置，bをFarから絞り込んだ有効領域の終了位置を指定し，τ＝0.61803>0を定める。

ステップ２：p =b-τ(b-a) q =a+τ(b-a) とおき，p, qの位置での合焦度AF(p), AF(q)を計算する。

ステップ３：b-a＜εならば終了する。

ステップ４： AF(p)>AF(q) であれば，a=p ,p=q,q=a+τ(b-a)
AF(p)<AF(q) であれば，b=q ,q=p,p=b-τ(b-a)
AF(x)は合焦度の算出手法
ステップ３で終了するまで，ステップ１からステップ４を繰り返すことで，最大値を得ることができる。

図９は、本実施例における処理フローを示している。

まず、画像取得部１０において、撮像装置が取得した画像を入力する（Ｓ９０）。

次に、合焦エリア設定部１１において、合焦を評価する合焦エリアを設定する（Ｓ９１）。そして、有効範囲選別部１６において、合焦エリアの画像に対して、有効符号密度を求める（Ｓ９２）。有効範囲選別部１６では、Ｓ９２で求めた有効符号密度が、閾値以上か否かを判断する（Ｓ９３）。

密度が閾値以上の場合は、現時点でのレンズ位置は有効範囲であると考えられる（Ｓ９３のＹes）ため、合焦度算出部１６Ｄにおいて合焦度を求め（Ｓ９４）、求めた合焦度が最大値であるか否かを判断する（Ｓ９６）。最大値の場合は、合焦位置が求められたとして制御を終了する。一方、最大値でない場合は、レンズを移動させ（Ｓ９５）、再びＳ９０から処理を繰り返す。

密度が閾値以下の場合は、現時点でのレンズ位置は無効範囲であると考えられる（Ｓ９３のＮｏ）ため、合焦に適切なレンズ位置ではないことが分かる。よって、レンズをさらに移動させる（Ｓ９５）。このように、レンズ位置が無効範囲にある場合には、合焦度の算出を行わずにレンズを移動させるようにすることで、合焦までの処理時間を短縮することができる。なお、無効範囲においても合焦度を算出しても構わない。

従来技術においては、レンズ位置の有効範囲または無効範囲を判定することなく、合焦度に基づいたフォーカスレンズ位置を求めていたため、レンズ位置を精度よく合焦求めることが出来なかった。また、レンズ移動可能範囲内全てで合焦度を算出する構成を採用しているため、合焦までに時間を要していた。一方、本発明では、レンズ位置が有効範囲または無効範囲にあるかを求めることにより、レンズ合焦位置を精度よく求めることができる。また、有効範囲と判定されたレンズ位置においては合焦度を算出し、無効範囲と判定されたレンズ位置においては合焦度を算出しない構成を有することにより、合焦までのレンズ制御時間を短くすることが可能となる。

また本実施例は、特に、ノイズなどに影響を受けた合焦値が得られる低照度等の状況下において、合焦位置を適切得られ、処理時間、コストを削減できる点で効果を有する。よって、低照度状況下にあると判断される場合に本実施例を採用することが考えられるが、低照度下以外の状況下においても本発明を採用することは可能である。

実施例１では、カメラ信号処理部１０が撮像装置内に設けられている例を示したが、図１０に示すようなネットワークを介して接続される管理装置１０１等にカメラ信号処理部１０設けることも可能である。

図１０は、実施例２に係る発明を搭載した監視システムを示す。以下、図１と同様の構成については説明を省略する。複数の撮像装置１００はネットワークを介して監視装置１０１に接続されている。管理装置１０１にはカメラ信号処理部１０２が設けられており、本構成を採用することにより、本発明に係るカメラ信号処理部１０１を撮像装置１００に新たに設けることなく、監視装置１０１に設けることで本発明を実施することが出来る。

１０カメラ信号処理部
１１レンズユニット
１２撮像素子
１３ノイズ除去部
１４Ａ/Ｄ部
１５信号変換処理部
１６画像処理部
１６Ａ画像取得部
１６Ｂ合焦エリア設定部
１６Ｃ有効範囲選別部
１６Ｄ合焦度算出部
１７レンズ制御部
１８モータドライバ
１９モータ
２０レンズ

Claims

フォーカス制御を行う撮像装置において、
被写体像を映像信号に変換する信号変換処理部と、
前記信号変換処理部から出力される映像信号を取得する画像取得部と、
前記画像取得部で取得した撮像画面に評価値算出エリアとなる合焦エリアを設定する合
焦エリア設定部と、
レンズを移動させ、各レンズ位置毎に前記合焦エリアの画像における各画素近傍の輝度差分が、予め定めた閾値よりも大きい場合には有効符号と設定し、前記有効符号の前記合焦エリアにおける密度である有効符号密度を求め、予め定めた前記有効符号密度の閾値に基づいて前記レンズの光軸方向における位置が合焦に適した有効範囲か否かを判定する有効範囲選別部と、
前記有効範囲選別部において前記レンズの位置が前記有効範囲に位置すると判断する場
合には、前記レンズ位置における合焦度を求める合焦度算出部と、
前記合焦度に基づいて前記レンズ位置の制御を行うレンズ制御部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
前記合焦度算出部は、前記有効範囲判断部においてレンズの位置が前記有効範囲以外に位置すると判断する場合には、前記レンズ位置における合焦度を求めないことを特徴とする撮像装置。
請求項１または２に記載の撮像装置において、
前記有効範囲選別部は、前記有効符号密度に変えて前記画素近傍の輝度差分の大きさに基づいて前記レンズの位置が合焦に適した有効範囲か否かを判定することを特徴とする撮像装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置において、
前記有効符号密度は、任意の画素と任意の画素の近傍画素との明度変化が最大となる輝度勾配方向を量子化した方向符号のうち、前記任意の画素と前記任意の画素の近傍画素との輝度差分が閾値より大きい符号を有効符号とし、前記合焦エリアにおける前記有効符号の密度の値であることを特徴とする撮像装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置において、
前記合焦度算出部において前記合焦度に基づいて合焦位置を求める場合に、黄金分割法を用いることを特徴とする撮像装置。
フォーカス制御を行う撮像装置において、
被写体像を映像信号に変換する信号変換処理部と、
前記信号変換処理部から出力される映像信号を取得する画像取得部と、
前記画像取得部で取得した撮像画面に評価値算出エリアとなる合焦エリアを設定する合焦エリア設定部と、
レンズを移動させ、各レンズ位置毎に前記合焦エリアの画像における各画素近傍の輝度差分が、予め定めた閾値よりも大きい場合には有効符号と設定し、前記有効符号の前記合焦エリアにおける密度である有効符号密度を求め、予め定めた前記有効符号密度の閾値に基づいて前記レンズの光軸方向における位置が合焦に適した第一の範囲にあるか否かを判定する有効範囲選別部と、
前記有効範囲選別部において前記レンズの位置が前記第一の範囲に位置すると判断する場合には、前記レンズ位置における合焦度を求める合焦度算出部と、
前記合焦度に基づいて前記レンズ位置の制御を行うレンズ制御部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
フォーカス制御を行う撮像方法において、
被写体像を映像信号に変換するステップと、
前記映像信号に基づいて取得した撮像画面に評価値算出エリアとなる合焦エリアを設定するステップと、
レンズを移動させ、各レンズ位置毎に前記合焦エリアの画像における各画素近傍の輝度差分が、予め定めた閾値よりも大きい場合には有効符号と設定し、前記有効符号の前記合焦エリアにおける密度である有効符号密度を求め、予め定めた前記有効符号密度の閾値に基づいて前記レンズの光軸方向における位置が合焦に適した有効範囲か否かを判定するステップと、
前記レンズの位置が前記有効範囲に位置すると判断する場合には、前記レンズ位置における合焦値を求めるステップと、
を有することを特徴とする撮像方法。
監視エリア内を撮像する撮像装置と、
被写体像を映像信号に変換する信号変換処理部と、
前記信号変換処理部から出力される映像信号を取得する画像取得部と、
前記画像取得部で取得した撮像画面に評価値算出エリアとなる合焦エリアを設定する合焦エリア設定部と、
レンズを移動させ、各レンズ位置毎に前記合焦エリアの画像における各画素近傍の輝度差分が、予め定めた閾値よりも大きい場合には有効符号と設定し、前記有効符号の前記合焦エリアにおける密度である有効符号密度を求め、予め定めた前記有効符号密度の閾値に基づいて前記レンズの光軸方向における位置が合焦に適した有効範囲か否かを判定する有効範囲選別部と、
前記有効範囲判断部において前記レンズの位置が前記有効範囲に位置すると判断する場合には、前記レンズ位置における合焦値を求める合焦度算出部と、
を備えることを特徴とする撮像システム。