JPH01231578A - 撮像装置 - 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〕 本発明はビデオ信号にもとづいて被写体に合焦さぜる自
動合焦装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来よりビデオ・カメラ等の映像機器においては、ビデ
オ信号の高周波成分により撮影画面の精細度を検出し、
その高周波成分が最大となるようにフォーカシング・レ
ンズ位置を制御することにより、カメラを合焦状態に自
動制御する方式が知られている。すなわち被写体の境界
線部分ては映像信号が急激に変化し、映像信号の高周波
成分が増加する。そしてその高い周波数成分が増加し、
且つそのレベルが大きくなるほど、合焦状態に近いこと
がわかっている。

ところで、被写体を撮影している際、被写体が移動した
り、またカメラ側が移動することにより、被写体がカメ
ラに対して相対的に移動すると、その移動によって高周
波成分が低下したり、また合焦検出領域より被写体が外
れると自動焦点調節装置が他の物に合焦するなど、きわ
めて不都合な問題が生じるため、被写体の移動を検出し
て合焦検出領域を被写体に追尾させ、被写体が移動して
も、被写体を追尾して被写体に合焦し続けるようにした
自動追尾装置が提案されている。

従来の追尾装置は、被写体の色、輝度分布等の特徴を記
憶して時間経過ごとに比較し、その変化から被写体の移
動を検知する方式、また、垂直、水平方向の相関を異な
る時間で比較する方式等、多（の方法が提案されている
。

しかしながらこれらの方法は被写体の状況によって特徴
を正確に検出できなかったり、また、構成が複雑となり
、さらに比較的大きなメモリを要する等、多（の問題点
を有しているものであった。

これに対して撮影画面上に設定された指定領域の内外に
おける平均映像信号レベルの差を算出し、その差が最大
となるように合焦検出領域を移動する方法が提案され、
構成が簡略化され、大きな成果をあげている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、その後の研究の結果、上述の指定領域内
外の平均映像信号レベルの差による被写体追尾方式をさ
らに改善する余地のあることがわかって来た。

すなわち、被写体と背景との間の輝度差が小さいときに
は他の物体の影響を受けやすく、被写体の移動の検出精
度が低下し、被写体の移動に対する追随性能を十分に得
られない恐れがある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述した問題点を解決するとともに、被写体追
尾性能をより改善することを目的とするもので、撮影画
面」二に設定された合焦検出領域内の被写体像にもとづ
いて合焦検出を行うようになされた自動合焦装置であっ
て、前記撮影画面上を移動可能に設定された所定領域の
内外の平均輝度レベルの差が最大となる前記撮影画面上
の位置に前記合焦検出領域を設定する第１の追尾手段と
、コントラストの最大となる点が中心部となるように前
記合焦検出領域の前記撮影画面上の位置を設定する第２
の追尾手段と、前記所定領域の内外の平均輝度レベルの
差に応じて前記第１及び第２の追尾手段を適応的に切換
え制御する制御手段とを備えることにより、被写体と背
景との輝度差が小さく指定領域の内外の輝度差による被
写体追尾が困難な場合においても、目標とする被写体に
確実に合焦させることができる。

また、撮影画面上に設定された合焦検出領域内の被写体
像に基づいて合焦検出を行うようになされた自動合焦装
置であって、前記合焦検出領域の内外の平均輝度レベル
の差が最大となるように前記合焦検出領域を移動する第
１の領域設定手段と、前記撮影画面上においてコントラ
ストの最大となる点が前記合焦検出領域の中心部になる
ように前記合焦検出領域を移動する第２の領域設定手段
と、前記検出領域の内外の平均輝度レベルの差に応じて
前記第１及び第２の領域設定手段を適応的に切換え制御
する制御手段とを備えることにより、同様の作用を得る
ことができる。

さらに撮影画面上における被写体像の移動を検出してこ
れを追尾する被写体追尾装置であって、前記撮影画面上
を移動可能に設定された検出領域の内外の平均輝度レベ
ルの差が最大となるように前記検出領域を移動する第１
の追尾手段と、前記撮影画面上においてコントラストの
最大となる点が中心部となるように前記検出領域を移動
する第２の追尾手段と、前記検出領域の内外の平均輝度
レベルの差に応じて前記第１及び第２の追尾手段を適応
的に切換え制御する制御手段とを備えることにより、被
写体と背景との平均輝度レベルの差が小さくても確実に
被写体の移動を検出し、これを追尾することのできる被
写体追尾装置を提供することができるものである。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。本
発明の自動合焦装置は第４図に示すように、撮影画面上
１上に焦点合せを行うための合焦検出領域Ａと被写体の
移動を検出して追尾する追尾ゲートＢとを設定可能に構
成され、追尾領域Ｂで被写体の位置を検出し、その被写
体に合焦検出領域を合せるようにしたものである。第１
図は本発明に係る自動合焦装置の一実施例の構成ブロッ
ク図を示す。

第１図において、１０１はフォーカシング用のレンズで
あり、モータ１０５により位置調節される。ＣＣＤ等の
撮像素子１０２は、レンズ１０１により撮像面に結像し
た被写体像を電気信号に変換し、ビデオ信号の形態で出
力する。アンプ１０３は撮像素子１０２からのビデオ信
号を増幅し、プロセス回路１０４はガンマ補正、ブラン
キング処理、同期信号の付加等所定の信号処理を施して
テレビジョン信号をビデオ出力端子Ｖｏｕｔに供給する
。バンドパスフィルタ１０７は、アンプ１０３から出力
されるビデオ信号から合焦検出に必要な高周波成分を抽
出する。バンドパスフィルタの代わりに微分回路とその
出力を絶対値化する絶対値回路を用いてもよい。ゲート
回路１０８はゲートパルス発生回路１０９からのゲート
パルスに従い、１フイールドのビデオ信号の合焦検出領
域Ａ内の信号をピーク値／ピーク位置検出回路１１１に
供給する。これは撮影画面上で見ると、撮影画面上の所
定の領域内の信号のみを抽出してピーク値／ピーク位置
検出回路１１１へと供給してピーク値／ピーク位置検出
回路については後述するが、フィールド周期でゲート回
路１０８の出力の中で最も高いレベルを示す位置を水平
、垂直の位置情報Ｈ，Ｖとしてそれぞれマイコン１１２
に供給し、その最も高いレベルをモータ駆動回路１０６
に供給する。輝度差検出回路１１０についても後述する
が、マイコン１１２からのデータ信号Ｇによって撮像画
面上の追尾領域Ｂの中と外の平均輝度レベルの差を計算
しマイコン１１２にデータＦを供給する。マイコン１１
２はピーク位置情報と追尾領域Ｂ内外の輝度差をもとに
ゲートパルス発生回路１０９を制御し、撮影画面上にお
ける合焦領域Ａの位置を制御する。モータ駆動回路１０
６はフィールド周期でピーク値／ピーク位置検出回路１
１１より供給されるコントラストのピーク値をもとにい
わゆる山登りサーボの要領でピーク値が最大となるよう
に、モータ駆動方向を決定する。

次にピーク値／ピーク位置検出回路１１１の詳細につい
て第２図をもとに説明する。ゲート回路１０８の出力は
第１のピーク検出回路２０１に供給される。

このピーク検出回路２０１は、ＢＰＦ１０７による高周
波成分を検波し、合焦検出領域の１水平走査毎に入力信
号のピーク値をホールドする回路である。第４図は撮影
画面の区分状態を示すが、サンプル・ホールド回路２０
２は、第４図の水平分割に対応する水平走査周波数ｆＨ
のｎ倍の周波数のクロックによりピーク検出回路２０１
の出力値をホールドし、比較回路２０３によって、この
サンプル・ホールド回路２０２の出力とピーク検出回路
２０１の出力とを比較する。比較回路２０３は、ピーク
検出回路２０１の出力が変化するタイミングで立ち上が
るパルス信号を出力する。ピーク検出回路２０１の出力
変化は、その変化部分が被写体像の成る種の境界である
ことを意味し、その変化が急峻である程、合焦状態に近
いことになる。

カウンタ２０４は、周波数ｎｆＨのクロックを計数し、
データ・ホールド回路２０５は、比較回路２０３からの
パルス信号に応じて、カウンタ２０４の計数値をホール
ドする。データ・ホールド回路２０５のホールド値Ｈは
、ピーク検出回路２０１の出力変化（即ち、ＢＰＦ］０
７の出力のピーク）がｎ分割の水平区画のどの区画に位
置するかをパルスカウント数によって示し、図示例では
、合焦検出領域Ａ内に水平方向で複数のピークがあると
きにはその最大ピークの位置を示す。

第２のピーク検出回路２０６は、第１のピーク検出回路
２０１の出力を受け、合焦検出領域での垂直方向のピー
ク値をホールドする。サンプル・ホールド回路２０７及
び比較回路２０８は、サンプル・ホールド回路２０２及
び比較回路２０３と同様に、ピーク検出回路２０６の出
力の変化時点を示す信号を形成する。但し、サンプル・
ホールド回路２０７へのサンプリング・クロックの周波
数は、垂直同期信号周波数ｆｖのｍ倍（第４図の垂直方
向の分割数に対応する）である。この結果、比較回路２
０８の出力は、垂直方向のどの区画でピーク検出回路２
０６の出力が変化したかを示す。

カウンタ２０９は周波数ｍ　ｆ　ｖのクロックを計数し
、データ・ホールド回路２１０は比較回路２０８がらの
パルス信号に応じて、カウンタ２０９の保持値をホール
ドする。データ・ホールド回路２１．０のホールド値Ｖ
は、ピーク検出回路２０６の出力変化（即ち、Ｂ　Ｐ　
Ｆ　１．０７の出力のピーク）が検出したピークがｍ分
割の垂直区画のどの区画に位置するかを示し、図示例で
は、合焦検出領域内に垂直方向で複数のピークがあると
きにはその最大ピークの位置を示す。

図示はしていないが、カウンタ２０４は水平走査の開始
時にクリアされ、ピーク検出回路２０１．２０６及びカ
ウンタ２０９は、垂直走査の開始時にクリアされる。

尚、ピーク検出回路２０６で検出されるピーク値は撮影
画像全体の最大値であり、合焦度を示す信号としてモー
タ駆動回路１０６に供給される。

次に輝度差検出回路１１０の詳細について第３図をもと
に説明する。第３図において、アンプ１０３の出力であ
るビデオ信号の輝度成分がゲート回路３０３に供給され
ると、そのゲート回路３０３はマイコン１１２からの制
御信号Ｇによって指示された撮影画面上の所定の追尾領
域Ｂの位置に対応するゲートパルスを作るゲートパルス
発生回路３０１からのゲートパルスに従った１フイール
ド内の追尾領域Ｂのビデオ信号を得、積分回路３０５へ
供給し、続いて積分値を追尾領域の面積で正規化するた
めの面積補正回路３０７に供給する。また、反転、ゲー
ト回路３０４はインバータ３０２によって反転されたゲ
ートパルス発生回路３０１からのゲートパルスに従った
、］フィールド内の前記ゲート回路３０３による追尾領
域とは反対の指定領域（画面全体から先の追尾領域を除
いた領域）のビデオ信号を得、積分回路３０６に供給し
、続いて積分値を面積で正規化するための面積補正回路
３０８に供給する。面積補正回路３０７，３０８は各ゲ
ートの内外の面積がそれぞれ異なることから、積分回路
３０５，３０６の出力をそのまま比較することができな
いため、各積分値をその抽出された領域の面積によって
正規化し、比較できる形にするものである。これらの面
積補正回路３０７，３０８から出力された信号が供給さ
れる引算回路３０９では面積補正回路３０７．３０８出
力の差を算出し、この差情報を絶対値回路３１０へ供給
する。絶対値回路３１０より出力されたＦデータはマイ
コン１１２に供給される。

次にマイコン１１２て行われる追尾アルゴリズムについ
て、第５図〜第７図をもとに説明する。

第５図は追尾方式選択アルゴリズムで５ｔｅｐ５０１で
輝度差検出回路１１０て算出される追尾領域Ｂ内外の平
均輝度の差（以下Ｆデータと称す）と所定の閾値ＴＨと
の比較を行いＦデータがＴＨより大きいときは５ｔｅｐ
５０２の輝度差追尾アルゴリズムに移行し、ＴＨより小
さいときは５ｔｅｐ５０３のコントラスト追尾アルゴリ
ズムに移行する。第６図はコントラスト追尾アルゴリズ
ムを示し、５ｔｅｐ６０１でピーク値／ピーク位置検出
回路１１１から供給される撮影画面上におけるピーク位
置の水平・垂直座標をもとにピーク位置を求め、５ｔｅ
ｐ６０２で第４図に示す合焦検出領域の中心が５ｔｅｐ
６０１で求めたピーク位置になるようにゲートパルス発
生回路１０９を制御し、第５図の５ｔｅｐ５０１に移る
。第７図は輝度差追尾アルゴリズムを示す。フローチャ
ートの説明の前に原理を簡単に述べると、前記追尾領域
Ｂを例えば１区画分ずつ上、下、左、右にシフトし、そ
れぞれの位置における追尾領域Ｂ内外の輝度レベルの平
均値の差の絶対値の最大となる方向に被写体が移動した
と判断し、合焦検出領域を１区画率位で移動するという
ものである。以下、第７図のフローチャートを説明する
。５ｔｅｐ７０１で輝度差検出回路１１０から供給され
るＦデータを取込み、これをＦｌとし、５ｔｅｐ７０２
で追尾領域Ｂを第４図に示す撮影画面上を１区画付右方
向ヘシフトする命令を輝度差検出回路１１０へ送る。５
ｔｅｐ７０３で再びＦデータを取込んで、これをＦ２と
し、５ｔｅｐ７０４でＦｌとＦ２の大小関係を求めＦ２
＞Ｆｌのときは５ｔｅｐ７０６に移行し、Ｆ２≦Ｆ１の
ときは５ｔｅｐ７０５で追尾領域Ｂを１区画付左方向ヘ
シフトした後５ｔｅｐ７０６で合焦検出領域を追尾領域
Ｂに合せる。以下同様にして、５ｔｅｐ７０７から５ｔ
ｅｐ７１２で１区画分上方向にシフトしたときの結果に
応じて、追尾領域Ｂを移動し、５ｔｅｐ７１３から５ｔ
ｅｐ７１８で１区画分左方向にシフトしたときの結果に
応じて追尾領域Ｂを移動し、５ｔｅｐ７１９から５ｔｅ
ｐ７２４で１区画分下方向にシフトしたときの結果に応
じて追尾領域Ｂを移動した後、第５図の５ｔｅｐ５０１
に移行する。

以上の動作を繰り返すことにより、追尾領域Ｂをその内
外の輝度差が最大となるように移動し、被写体を追尾し
てそのＦデータをマイコン１１２へと供給し、ゲート回
路１０８は、上記マイコン１１２の指示に応じてゲート
パルス発生回路１０９を制御し、ゲートパルス発生回路
１０９からのゲートパルスに従って１フイールド内の合
焦検出領域Ａ内の信号を通過させるようになし、追尾領
域Ｂの位置に合焦検出領域Ａを設定することができ、被
写体が移動しても被写体に焦点を合せ続けることができ
る。

尚、上述の実施例では、追尾領域を被写体に追尾させて
被写体の位置を検出し、その位置に合焦検出領域を設定
しているが、合焦領域と追尾領域を別個に制御せず、同
一領域で兼用しても本発明の実施に何等支障はない。

またさらに合焦検出領域を他のたとえば光量検出領域と
兼用することも可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明における自動合焦装置によれ
ば、被写体と背景との間の平均輝度差が小さく被写体の
移動の検出が困難な場合においても、ピーク値による追
尾に切り換えることにより、被写体を確実に追尾するこ
とができ、常に被写体に確実に合焦させることができる
ものである。

また被写体の移動を検出するための大規模なメモリ等も
不要であり、構成の簡略化にも効果を有するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における自動合焦装置の一実施例を示す
ブロック図、第２図は第１図に示すブロック図における
ピーク値／ピーク位置検出回路の内部構成を示すブロッ
ク図、第３図は第１図に示すブロック図における輝度差
検出回路の内部構成を示すブロック図、第４図は撮影画
面を説明するための図、第５図は追尾方式を選択するア
ルゴリズムを示すフローチャート、第６図はコントラス
ト追尾アルゴリズムを示すフローチャート、第７図は輝
度差追尾アルゴリズムを示すフローチャートである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮影画面上に設定された合焦検出領域内の被写体
   像にもとづいて合焦検出を行うようになされた自動合焦
   装置であって、前記撮影画面上を移動可能に設定された
   所定領域の内外の平均輝度レベルの差が最大となる前記
   撮影画面上の位置に前記合焦検出領域を設定する第１の
   追尾手段と、コントラストの最大となる点が中心部とな
   るように前記合焦検出領域の前記撮影画面上の位置を設
   定する第２の追尾手段と、前記所定領域の内外の平均輝
   度レベルの差に応じて前記第１及び第２の追尾手段を適
   応的に切換え制御する制御手段とを備えたことを特徴と
   する自動合焦装置。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項において、前記第２の
   追尾手段は前記合焦検出領域内においてコントラストの
   最大となる点が該合焦検出領域の中心となる如く前記合
   焦検出領域の前記撮影画面上の位置を設定するように構
   成されていることを特徴とする自動合焦装置。
3. （３）撮影画面上に設定された合焦検出領域内の被写体
   像に基づいて合焦検出を行うようになされた自動合焦装
   置であって、前記合焦検出領域の内外の平均輝度レベル
   の差が最大となるように前記合焦検出領域を移動する第
   １の領域設定手段と、前記撮影画面上においてコントラ
   ストの最大となる点が前記合焦検出領域の中心部になる
   ように前記合焦検出領域を移動する第２の領域設定手段
   と、前記検出領域の内外の平均輝度レベルの差に応じて
   前記第１及び第２の領域設定手段を適応的に切換え制御
   する制御手段とを備えてなる自動合焦装置。
4. （４）撮影画面上における被写体像の移動を検出してこ
   れを追尾する被写体追尾装置であって、前記撮影画面上
   を移動可能に設定された検出領域の内外の平均輝度レベ
   ルの差が最大となるように前記検出領域を移動する第１
   の追尾手段と、前記撮影画面上においてコントラストの
   最大となる点が中心部となるように前記検出領域を移動
   する第２の追尾手段と、前記検出領域の内外の平均輝度
   レベルの差に応じて前記第１及び第２の追尾手段を適応
   的に切換え制御する制御手段とを備える自動追尾装置。