JPH01194684A - フォーカス制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えばビデオカメラのオートフォーカスに用
いられるコントラスト検出方式のフォーカス制御回路に
関する。

［発明の概要コ 本発明は、ビデオ信号中のスペクトル成分を検出してフ
ォーカス制御を行うフォーカス制御回路において、 被写体の移動が遠方向か近方向かを判別する方向判別手
段を設け、この方向判別手段の結果よりフォーカスレン
ズの移動方向を決定することにより、 被写体が遠方向に移動したときにはフォーカスレンズを
遠方向に、被写体が近方向に移動したときにはフォーカ
スレンズを近方向に移動できるため、追従性がよく、又
、フォーカスレンズの移動による揺動を極力押さえるこ
とができる。

［従来の技術］ ビデオカメラのオートフォーカス方式には、合焦方式の
原理から分類すると、測距方式とピント検出方式がある
。測距方式は、被写体までの距離を測距し、これに応じ
てレンズを位置制御するものである。ピント検出方式は
、撮像面でのピントを検出し、ピントが合った位置にレ
ンズを位置制御するものである。

ピント検出方式に分類されるもののひとつに、コントラ
スト検出方式がある。コントラスト検出方式は、レンズ
が合焦位置に近づくと、撮像画像のエツジが明瞭になっ
ていくことを利用してフォーカス制御を行うものである
。撮像画像のエツジが明瞭になっていくことは、ビデオ
信号中の高域成分が増加していくことに対応する。

コントラスト検出方式のオートフォーカス回路の従来例
が第５図に示されている。

第５図において、フォーカスレンズ２０はモータ２１に
よって位置変位し被写体からの光はフォーカスレンズ２
０を介して撮像素子２２に投光される。撮像素子２２は
被写体からの光をビデオ信号に変換しこのビデオ信号は
信号処理系回路２３及びアンプ２４を介してバンドパス
フィルタ（ＢＰＦ）２５に出力される。バンドパスフィ
ルタ２５は例えば周波数２００ＫＨｚ〜２　Ｍ　Ｈｚの
成分を通過させバンドパスフィルタ２５の出力が検波器
２６に供給される。検波器２６は入力信号を両波整流し
この検波器２６の出力がＡ／Ｄ変換器２７に供給される
。Ａ／Ｄ変換器２７はマイコン２９から送られてくるフ
ォーカスエリア設定信号に基づいて、フォーカスエリア
゛に対応する信号のみをＡ／Ｄ変換しこのディジタル信
号が積分回路２８に供給される。積分回路２８はＡ／Ｄ
変換器２７のディジタル信号を積分し、この積分回路２
８の出力がフォーカス評価値としてマイコン２９に供給
される。そして、マイコン２９で、例えば第６図に示す
ように山登り制御のアルゴリズムにより、積分回路２８
の出力が最大になるフォーカスレンズ２０の位置が検索
される。即ち、マイコン２９からモータドライブ回路３
０にモータ駆動命令が与えられ、積分回路２８から出力
されるフォーカス評価値が最大となるようにフォーカス
レンズ２０が位置制御される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、合焦後に被写体がカメラに対し遠ざかる
方向（以下、「遠方向」という）又は近付く方向（以下
、「近方向」という）に移動すると、再び山登り制御の
アルゴリズムにより合焦動作をやり直す。この合焦動作
は、被写体の移動方向が不明であるためフォーカスレン
ズを一旦近方向（又は遠方向）に移動させてフォーカス
評価値を比較し評価値が大きな値となっていればそのま
ま近方向（又は遠方向）に移動し、評価値が小さな値と
なっていれば反対方向の遠方向（又は近方向）に移動す
るよう制御される。従って、被写体に移動方向とフォー
カスレンズの移動方向が一致しない場合には画面の追従
性が悪く、又、フォーカスレンズの移動が多いため画面
の揺動が激しく見苦しいという欠点があった。

そこで、本発明は被写体の移動方向を認識することによ
り追従性がよく、且つ、画面の揺動を極力防止したフォ
ーカス制御回路を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明のフォーカス制御回路
は、被写体からの光信号をビデオ信号に変換する撮像手
段と、画枠のフォーカスエリア内における前記ビデオ信
号中のスペクトル成分を検出するスペクトル検出手段と
を有し、スペクトル成分量を検出してフォーカス位置を
算出するフォーカス制御回路において、前記画枠内に検
出エリアを設け、この検出エリア内における所定時間間
隔を隔てた二つのビデオ信号に基づくデータを比較して
前記フォーカスエリア内の被写体の移動ベクトルを演算
するベクトル演算手段と、このベクトル演算手段が演算
した移動ベクトルに基づいて被写体の移動が遠方向か近
方向かを判別する方向判別手段とを備え、この方向判別
手段の結果よりフォーカスレンズの移動方向を制御した
ものである。

［作用］ ベクトル演算手段で現在の検出エリア内のデータとそれ
以萌のデータを比較し、フォーカスエリア内の被写体の
移動ベクトルを演算し、この演算結果より方向判別手段
で被写体の移動方向を判別し、遠方向であればフォーカ
スレンズを遠方向に、近方向であればフォーカスレンズ
を近方向にそれぞれ移動する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図乃至第４図（ｄ）において本発明の実施例が示さ
れ、この実施例ではビデオカメラに本発明のフォーカス
制御回路を適用した場合が示されている。

２の位置が可変されフォーカスレンズ２を介して被写体
ユが撮像素子３に結像される。撮像索子３は被写体ａか
らの光をビデオ信号に変換し撮像素子３の出力は信号処
理系回路４に供給される。信号処理系回路４は例えばＲ
，Ｇ、Ｈの各信号を所定比率で加算して輝度信号を作成
し、この信号はアンプ５を介してバンドパスフィルタ６
とＡ／Ｄ変換器７にそれぞれ送られる。スペクトル検出
手段であるバンドパスフィルタ６は例えば周波数２０’
　ＯＫ　Ｈｚ〜２ＭＨｚの成分を通過させるフィルタで
、このバンドパスフィルタ６で輝度信号中の直流成分及
びノイズ成分以外の全てのスペクトル成分が取り出され
る。このバンドパスフィルタ６の出力が検波器８に供給
され検波器８はバンドパスフィルタ６の出力を両波整流
する。両波整流された検波器８の出力はＡ／Ｄ変換器９
に供給されサンブリジグクロツタでディジタル化されこ
のディジタル信号が積分回路ｌＯに出力される。サンプ
リングクロックとしては例えば周波数ｆｓｃのカラーサ
ブキャリアか用いられる。積分回路ｌＯはフォーカスエ
リア制御回路１５で設定されたフォーカスエリアＡ内の
ディジタル信号であるデータを積分し、この積分データ
がディジタルコントローラ１３に送られる。ディジタル
コントローラ１３は山登り制御のアルゴリズムにより積
分回路１０の出力が最大になるフォーカスレンズ２の位
置を検索するべくモータドライブ回路１６にモータ駆動
命令を発する。モータドライブ回路１６はモータ駆動命
令を与えられた場合にはモータ駆動信号をモータ１に出
力しモータｌが駆動される。モータｌの回転は周波数発
生器（ＦＧ）１７でピックアップされこの周波数発生器
（ＰＣ）１７の出力はディジタルコントローラ１３に送
られフィードバック制御される。

一方、前記Ａ／Ｄ変換器７は前記アンプ５からの輝度信
号をサンプリングクロックでディジタル化しこのディジ
タル化された輝度信号を第１のメモリ１１に送出する。

第１のメモリ１１に取り込まれたデータは第２のメモリ
１２に転送され、第１のメモリ１１と第２のメモリ１２
の記憶容量は検出エリアＢのデータを記憶できる容量を
有する。

この第１のメモリ１１と第２のメモリＩ２とはその書き
込み・読み出しがディジタルコントローラ１３で制御さ
れ数フレーム間隔で第１のメモリ１１、に愉出エリアＢ
内のデータを取り込み、且つ、既に第１のメモリ１１に
取り込んだデータを第２のメモリ１２に転送する。これ
を順次繰り返すことにより第２のメモリ１２には先のデ
ータＢ（ｘ。

ｙ）が第１のメモリ１１には後のデータＢ　’（ｘ　’
。

ｙ’）が取り込まれる。前記検出エリアＢは、第２図に
示すように、画枠Ｃ内でフォーカスエリアＡを含み、且
つ、フォーカスエリアＡよりも大きく設定される。第１
のメモリ１１と第２のメモリ１２の出力はそれぞれ対応
するアドレスのデータが同期されてベクトル演算回路１
４に出力される。

ベクトル演算回路１４は第１のメモリ１１と第２のメモ
リ１２から送られてくるデータに基づいて被写体ａの移
動ベクトルＳを演算する。移動ベクトルＳの演算方法に
は種々の方法があるが、ここでは相互相関関数による方
法で求める。

時刻ｔ１においてｆ＋（ｘ、ｙ）なる値をとる画像が、
時刻り、においてｆ　ｔ（ｘ　、　ｙ）”　ｆ　＋（ｘ
−ξ、。

ｙ−η、）となったとする。そこで、 φ（ξ、η）−５ｆ　＋（ｘ、　ｙ）　ｆ　ｔ（Ｘ＋ξ
、ｙ＋η）ｄｘｄｙなる相互相関関数を求めると、ξ＝
ξ３．η−η。

においてφ（ξ、η）は最大値をとる。従って、これか
ら移動量（ξ７．η、）あるいは速度を求めることが可
能である。以下、具体的に説明する。

いま、第３図に示す如く、時刻１＝０でｇ　（ｘ。

ｙ）なる値をとっていた画像において、動物体が画像中
で速度（α、β）で移動し、時刻ｔ＝τでｇ（ｘ−ατ
、ｙ−βτ）となったものとする。

ただし、τは充分小さいものとする。

ここで、ｇ（ｘ−ατ、ｙ−βτ）をテーラ−展開して
第１次の項のみを採用すると、ｇ（ｘ−ατ、ｙ−βτ
） となる。ここでｔ＝τと１＝０の時刻における画像の差
を、 ｄ（ｘ、ｙ）＝ｇ（ｘ−ατ、ｙ−βτ）−ｇ（ｘ、ｙ
）と表わせば、式（１）は ｍ−［ｇ　（ｘ−ατ、ｙ−βτ）−ｇ（ｘ、ｙ）］］
／τ−−ｄｘ、ｙ）／τ となる。

これは、 ＝−ｄ（ｘ、ｙ）／τ すなわち、 Ｖ−ｇ　ｒ　ａ　ｄ　　ｇ（ｘ、ｙ）−−ｄ（ｘ、ｙ）
／　ｒここに・はスカラー積、ｒ、−３はそれぞれＸ。

ｙ方向の単位ベクトルと書き表わすことかできる。

（Ｖ＋ΔＶ）［ｇ　ｒ　ａ　ｄ　　ｇ（ｘ、ｙ）＋Δｇ
］＝−ｄ（ｘ、ｙ）／τ と表わすことができる。これを、 −Ｖ・ｇ　ｒ　ａ　ｄ　　ｇ（ｘ、ｙ）＝−ｄ（ｘ、ｙ
）／τ＋ｅ（ｘ、ｙ） と整理して記す。

ｅ　（ｘ、ｙ）は誤差である。

ここで、θｆ／θｘ＝ａ、θｆ／θｙ＝ｂ。

−ｄ　（ｘ、ｙ）／τ＝ｄとおき、各点の値をサフィッ
クスＩで区別すれば、 ａ＋α＋ｂＩβ＝ｄｒ＋ｅｓ となる。α、βを求める方法として、誤差の二乗和Σｅ
　、　ｔを最小にする方法をとれば、が求める条件であ
る。これより、速度ベクトルＶとして、 を得ろ。そして、■・τより移動ベクトルＳを算出する
ことができる。

ベクトル演算回路１４は、この移動ベクトルＳのデータ
を方向判別手段である方向判別回路１８に送出する。方
向判別回路１８は、被写体ａの各部分の移動ベクトルＳ
に基づいて被写体ａの移動か「遠方向」か「近方向」か
を判別する。この判別は、第４図（ａ）に示すように、
被写体ａが遠方向に移動した場合には検出エリアＢ内の
被写体＆は小さくなり各箇所の移動ベクトル（Ｓ、、Ｓ
、。

・・・）の方向は中心方向に向く。そして、この各箇所
の移動ベクトル（Ｓ、、’Ｓ、、・・・）のＸ成分を全
て加算すると、その特性線図は第４図（ｂ）に示すよう
になる。

反対に、第４図（ｃ）に示すように、被写体ａが近方向
に移動した場合には検出エリアＢ内の被写体ａは大きく
なり各箇所の移動ベクトル（Ｓ＋。

Ｓ、、・・・）の方向は放射状方向に向く。そして、各
箇所の移動ベクトル（Ｓ＋、Ｓｔ、・・・）のＸ成分を
全て加算すると、その特性線図は第４図（ｄ）に示すよ
うになる。第４図（ａ）及び第４１１７′（ｃ）に示す
ように座標を設定し、第４図（ｂ）と第４図（ｄ）を比
較すると、第４図（ｂ）の場合は、Ｘの値か大きくなる
に従ってその積分値が十−０→−と変位し、第４図（ｄ
）の場合は、−→０→＋と変位し逆の関係になる。

即ち、被写体＆が遠方向に移動した場合には、移動ベク
トルＳの特性線図が第４図（ｂ）に示すようになり、被
写体ａが近方向に移動した場合には、移動ベクトルＳの
特性線図が第４図（ｄ）に示すようになり、これによっ
て被写体ａの移動が遠方向か近方向か否かを判別する。

この判別結果はディジタルコントローラＩ３に出力され
る。

ディジタルコントローラ１３は、方向判別回路１８が遠
方向を示す信号を出力した場合には、モータドライブ回
路１６にフォーカスレンズ２を遠方向に移動するモータ
駆動命令を発し、反対に方向判別回路１８が近方向を示
す信号を出力した場合にはモータドライブ回路１６にフ
ォーカスレンズ２を近方向に移動するモータ駆動命令を
発する。

そして、ディジタルコントローラ１３は前記したように
山登り制御のアルゴリズムにより積分回路ＩＯの出力が
最大になるフォーカスレンズ２の位置を検索する。

以下、上記構成の作用について説明する。

第２図に示すように、画枠ＣのフォーカスエリアＡ内に
目的とする被写体ａを捕らえると、撮像素子３がこの被
写体ａからの光をビデオ信号に変換する。このビデオ信
号がバンドパスフィルタ６、検波器８及びＡ／Ｄ変換器
９を介して所定のデータに変換されフォーカスエリアＡ
内のデータが積分回路１０で積分される。この積分デー
タがディジタルコントローラ１３に送出されディジタル
コントローラ１３は山登り制御のアルゴリズムにより積
分値が最大となるようフォーカスレンズ２を位置制御す
る。

今、被写体ａがカメラから遠ざかる方向（遠方向）に移
動すると、この状態のビデオ信号データが第１のメモリ
１１に取り込まれる。同時に第１のメモリ１１に取り込
まれていたビデオ信号データ（数フレーム前のもの）が
第２のメモリ１２に転送され、この第１のメモリ１１と
第２のメモリ１２の各データがベクトル演算回路１４に
送られる。そして、上述したようにベクトル演算回路１
４で被写体ａの移動ベクトルＳが演算されこの演算結果
に基づいて方向判別回路１８で移動ベクトルＳのＸ成分
を積分してその特性より被写体ａの移動が遠方向である
ことが判別される。ディジタルコントローラ！３はフォ
ーカスレンズ２を遠方向に移動すべくモータドライブ回
路Ｉ６にモータ駆動命令を発する。すると、常に積分回
路１０から送られてくるフォーカス評価値は徐々に大き
な値を示し、直ちにフォーカス評価値が最大となるフォ
ーカスレンズ２の位置を検索する。

尚、この実施例では検出エリアＢ内における所定時間間
隔を隔てたビデオ信号に基づくデータを同時に得るのに
二つのメモリＩｆ、１２を用いたが、一つのメモリでも
よく、又、デイレイ回路によってデータを得てもよい。

また、この実施例では被写体ａの移動を演算するのにビ
デオ信号を用いて行ったが、検波器８の出力を用いて被
写体ａの移動を演算することもできる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、ビデオ信号中のスペ
クトル成分を検出してフォーカス制御を行うフォーカス
制御回路において、被写体の移動が遠方向か近方向かを
判別する方向判別手段を設けたので、被写体が遠方向（
又は近方向）に移動したときにはフォーカスレンズを先
ず遠方向（又は近方向）に移動できるため画面の追従性
がよく、又、フォーカスレンズの移動による画面の揺動
が極力押さえられるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図（ｄ）は本発明の実施例を示し、第１
図はフォーカス制御回路のブロック図、第２図は画枠の
画面を示す図、第３図は移動ベクトルの演算を説明する
図、第４図（ａ）は被写体が遠方向に移動した場合の移
動ベクトルを示す図、第４図（ｂ）はその移動ベクトル
のＸ成分を加算したときの゛特性線図、第４図（ｃ）は
被写体が近方向に移動した場合の移動ベクトルを示す図
、第４図（ｄ）はその移動ベクトルのＸ成分を加算した
ときの特性線図であり、第５図は従来のフォーカス制御
回路のブロック図であり、第６図は積分データの特性線
図である。 ３・・・撮像素子（撮像手段）、６・・・バンドパスフ
ィルタ（スペクトル検出手段）、１４・・・ベクトル演
算回路（ベクトル演算手段）、Ｉ８・・・方向判別回路
（方向判別手段）、１・・・被写体、Ａ・・・フォーカ
スエリア、Ｂ・・・検出エリア、Ｃ・・・画枠。 第４図（ａ） Ｖ 第４図（Ｃ） 第４図（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被写体からの光信号をビデオ信号に変換する撮像
   手段と、 画枠のフォーカスエリア内における前記ビデオ信号中の
   スペクトル成分を検出するスペクトル検出手段とを有し
   、スペクトル成分量を検出してフォーカス位置を算出す
   るフォーカス制御回路において、 前記画枠内に検出エリアを設け、この検出エリア内にお
   ける所定時間間隔を隔てた二つのビデオ信号に基づくデ
   ータを比較して前記フォーカスエリア内の被写体の移動
   ベクトルを演算するベクトル演算手段と、 このベクトル演算手段が演算した移動ベクトルに基づい
   て被写体の移動が遠方向か近方向かを判別する方向判別
   手段とを備え、 この方向判別手段の結果よりフォーカスレンズの移動方
   向を制御したことを特徴とするフォーカス制御回路。