JPH02116810A

JPH02116810A - 測距領域設定装置

Info

Publication number: JPH02116810A
Application number: JP63269557A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Toyama; 当山　正道; Masayoshi Sekine; 正慶関根
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-10-27
Filing date: 1988-10-27
Publication date: 1990-05-01
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: JP2832960B2

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〕本発明は画像信号から画像の鮮鋭度を検知し焦点を合わ
せる自動焦点調節装置における測距領域設定装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、ビデオ・カメラの画像信号を利用した自動焦点調
節装置が種々提案されている。この方式の特徴は、撮像
素子が自動焦点調節用のセンサを兼ねている点にあり、
画面全体の情報で自動焦点調節を行うことができる。し
かし、測距領域を画面全体に拡げると、不都合が生じる
。それは、同一画面内に遠距離の被写体と近距離の被写
体の２つが同時に存在する場合、どちらか信号の優勢な
被写体にピントがあい、撮影者の撮影意図に反した動作
をすることがあるという、遠近競合の問題である。これ
を避けるため、従来では、測距領域を画面全体の１／４
程度にし、且つ画面中央に固定していた。撮影者がピン
トをあわせたいと願う被写体（以下、主被写体という）
は、画面中央にある確率が高いからである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、測距領域が一定の大きさであると、被写体又は
撮影画面に対して大きすぎたり、小さすぎるという問題
が生じる。これに対しては、測距領域の大きさを手動で
２〜３種類の内から選択自在としたビデオ・カメラも提
案されたが、やはり、測距領域と主被写体の大きさが適
当でない場合がありうる。即ち、測距領域が大きすぎる
と、遠近競合を起こし、逆に小さすぎると、主被写体が
動いている場合やカメラ・プレがある場合に、主被写体
が測距領域から外れてしまい、背景にビントがあってし
まう。

そこで本発明は、このような問題を解決する測距領域設
定装置を提示することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る測距領域設定装置は、画面を少なくとも２
つ以上に分割して得たブロック領域毎に動きベクトルを
求める手段と、このベクトル情報さに基づト測距領域を設定する手段とを有することを特徴
とする。

〔作用〕

ブロック領域毎に求められた動きベクトルに従って、測
距領域の大きさ、形、位置などを設定するので、盪影者
の意図に合った被写体に常にピントの合った状態を保つ
ことができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明を適用したビデオ・カメラの一実施例の
構成ブロック図を示す。１０は被写体、１４は撮影レン
ズ、１６は例えば二次元ＣＯＤからなる撮像素子、】８
は撮像素子１６の出力画像信号にガンマ補正、ブランキ
ング処理、同期信号の付加などの処理を行う信号処理回
路であり、出力端子２０からは例えばＮＴＳＣ規格のテ
レビジョン信号が得られる。Ｙは輝度信号、Ｈ，５ＹＮ
Ｃは水平同期信号、Ｖ、５ＹＮＣは垂直同期信号である
。２２は輝度信号Ｙを所定時間（例えばｌフィールド期
間）遅延する遅延回路であり、例えばＦ　ＩＦＯ（Ｆ　
ｉｒｓ　ｔ−ＩｎＦｉｒｓｔ−Ｏｕｔ）型フィールド・
メモリからなる。２４は、走査中の信号を画像上に設定
したブロックに分割するためのゲート・パルスを発生す
るブロック分割パルス発生回路、２６．２８は輝度信号
Ｙをブロック分割パルス発生回路２４の出力パルスに従
って分割する分割回路である。分割回路２６゜２８は入
力の輝度信号を画面上に設定したブロック毎にまとめて
出力し、具体的には、ブロック分割パルス発生回路２４
の出力パルスにより開閉制御されるゲート回路と、当該
ゲート回路の通過信号を記憶するメモリとからなる。

３０は現在の画面の信号と、遅延回路２２より出力され
た所定時間前の画面の信号とを比較して、分割したブロ
ック毎に動きベクトルを求める動きベクトル検出回路、
３２は画面上の各部の動きベクトル情報を記憶するメモ
リ、３４は各ベクトルのヒストグラムを作成する統計演
算回路、３６は当該ヒストグラムの形状を認識し、後述
する闇値を決定する闇値決定回路、３８は闇値決定回路
３６で決定された闇値の範囲内にあるブロックを探索し
、領域決定をする領域決定回路である。４２は自動焦点
調節のために撮影レンズ１４のフォーカシング・レンズ
を駆動するアクチュエータ、４４は当該アクチュエータ
４２の駆動回路である。

４６は後述する測距領域設定回路、４８は輝度信号から
その高周波成分を抽出するハイ・バス・フィルタ（ＨＰ
Ｆ）、５０はＨＰＦ４Ｂによる高周波成分を直流信号に
変換する検波回路、５２は積分回路、５４は積分回路５
２の出力（以下、ＡＰ倍信号いう）を所定時間、例えば
１フイ一ルド期間遅延する遅延回路、５６は遅延された
ＡＰ倍信号現在のＡＦ倍信号を比較する比較回路である
。駆動回路４４は比較回路５６の出力に従ってアクチュ
エータ４２を駆動し、焦点調節を行う。

次に第１図の動作を説明する。撮影レンズ１４を通過し
た被写体像は撮像素子１６に入射し、撮像素子１６は画
像信号を出力する。信号処理回路１８は撮像素子１６の
出力に上記の信号処理を施す。信号処理回路１８から出
力される輝度信号Ｙは、直接、分割回路２８に印加され
、また、遅延回路２２により１フイ一ルド期間（約１６
．７ｍ５ｅｃ）遅延されて分割回路２６に印加される。

分割回路２６．２８は、ブロック分割パルス発生回路２
４の出力パルスに従って、全画面をｍｘｎ個のブロック
に分割する。ここでは、ｍが２０、ｎが１４（合計で２
８０個のブロック）の場合を説明する。

動きベクトル検出回路３０は、時空間勾配法によりブロ
ック毎の動きベクトルを求める。この方法は、ビー・ケ
ー・ピー・ホーン（Ｂ、に、Ｐ、Ｈｏｒｎ）らにより、
アーティフィシャル・インテリジェンス（Ａｒｔｉｆｉ
ｃｉａｌ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）１７．ｐ１８５
〜２０３（１９８１）で論じられており、専用ハードウ
ェアにより実時間処理が可能である。このようにして求
めた画面全体での各ブロック毎の動きベクトルをオプテ
ィカル・フローと称する。第２図を参照して、回路３０
〜３８の動作を具体的に説明する。第２図（ａｌは逼影
した現画面の一例、同（ｂ）は直前のフィールドとの差
を一定時間蓄積して得たオプティカル・フロー、同（Ｃ
１はオプティカル・フローをＸ方向、Ｘ方向のそれぞれ
の大きさで作成したヒストグラム、同（ｄ）は本実施例
によって認識した領域区分である。

−Ｃに撮影者はカメラぶれを防ごうとしながら被写体を
撮影しているので、カメラを成る被写体に向けて撮影し
ている場合、背景の動きは被写体の動きよりも少ない。

動きベクトル検出回路３０で検出された動きベクトルは
、メモリ３２で一定周期分（例えば１秒間）蓄積され、
その後、統計処理演算回路３４に入力される。統計処理
演算回路３４では、各ベクトルのＸ、Ｙ成分の大きさに
従ってランク分けを行い、ヒストグラム（第２図（Ｃ）
）を作成する。第２図（Ｃ）の上側がＸ方向でのベクト
ル・ヒストグラム、下側がＸ方向でのベクトル・ヒスト
グラムである。闇値決定回路３６は、この２つのヒスト
グラムの形状から闇値を決定する。ここでは、Ｘ、Ｙそ
れぞれの方向で最もＯに近いピークを持つ分布の直近の
極小値を見つけ、この極小値の位置を闇値とする。この
闇値を正側と負側の両側で求める。第２図（Ｃ）では、
これをＴｈｘｉ、Ｔｈｘ２．Ｔｈｙｌ、Ｔｈｙ２　と記
した。

このようにして決定された閾値は領域決定回路３８に入
力され、領域決定回路３８はメモリ３２内の動きベクト
ルの内、闇値範囲内のブロックを順次探索する。例えば
、ｍ＝ｉ番目、ｎ＝ｊ番目のブロックＢ　ｉｊにおける
Ｘ方向動き量をｕｉｊ、Ｘ方向動き量をＶｉｊとすると
、Ｔｈｘｌ＜　ｕ　ｔｊ＜ＴｈＸ２且つＴｈｙｌ＜　　ｖ　Ｉｊ＜Ｔｈｙ２を満足するブロックを「オフ」とし、その他のブロック
を「オン」とする。このようにして求めたオン／オフの
状態は、第２図（ｄ）のようになる。斜線部分が「オフ
」であり、はぼ背景の領域と一致している。また、白抜
きの部分がオンとなり、はぼ被写体の領域と一致してい
る。

即ち、第２図（ｄｌの斜線以外の部分が背景でない被写
体、即ち焦点を合わせようとする主被写体であるので、
測距領域設定４６により第２図（ｄｌの斜線以外の部分
である領域Ａ、Ｂ、Ｃのみの輝度信号を通過させ、ＨＰ
Ｆ４８で高周波成分を抽出し、検波回路５０で検波し、
積分回路５２で積分する。

比較回路５６は現在の画面のＡＰ倍信号前画面のＡＦ倍
信号を比較し、駆動回路４４に比較結果を印加する。駆
動回路４４はＡＰ倍信号増加する方向にアクチュエータ
４２を駆動する。　ＡＰ倍信号最大値をとり、減少に転
じた時、最大値の点にアクチュエータ４２を戻して、焦
点調節動作を終了する。

ただし、測距領域の大きさが現フィールドと１フイール
ド前とで異なる場合には、ＡＰ倍信号積分値が異なり、
その大小判断を誤るので、この面積比を補正する必要が
ある。第１図では、測距領域設定回路４６から測距領域
の面積の変化に応じて積分回路５２に積分感度切換情報
を送り、これを補正している。

回路３２〜３６の統計処理において、Ｘ、Ｘ方向それぞ
れでのヒストグラムを作成すると説明したが、Ｘ−Ｙの
二次元空間でヒストグラムを作成してもよい。動きベク
トル検出回路３０で一定の時間蓄積した画像を用いてオ
プティカル・フローを求めた場合には、回路３２〜３８
の演算周期は、これに応じて変える必要がある。

上記説明では、測距領域として領域設定回路３８の設定
領域と同じにしたが、第２図（ｄ）の領域Ｂ、即ち画面
中央付近のみを選択してもよい。この場合、論理回路に
より領域Ａと同Ｃを完全にカットしてもよいし、画面中
央を１００χとし、画面対角の４角をＯχとし、その間
で連続的に重み付けを変化させる窓関数を設けてもよい
。

なお、上述の装置にカメラプレ補正装置を付加し、第２
図に示すような状態でカメラ・ブレを自動補正しながら
主被写体に焦点を合わせ続け、又はこれを追尾すること
ができるようにした例を以下に説明する。第４図はその
構成ブロック図を示す。第１図と同じ構成部品には同じ
符号を付してあり、説明を省略する。５７は撮影レンズ
系１４の前に配置され、その先軸方法を変化させうる可
変頂角プリズムであり、例えば、２毎のガラス板の間に
透明のシリコン系ゴム、液体などを封入した構造になっ
ている。５８は領域決定回路３８で選択された測距雌用
被写体領域以外の背景となる第２図ｆｄ）の斜線のＤ９
１域信号を求める反転ゲート回路、６０は反転ゲート回
路５９により設定された第２図（ｄ）の背景領域りにお
ける動きベクトルの量及び方向を動きベクトル検出回路
３０より抽出するためのブレ検出回路、６１はプレ検出
回路６０の出力に基づいてアクチュエータ５８を制御し
、ブレ量を相殺する方向に可変頂角プリズム５７を駆動
する駆動回路である。

第２図に示すように、被写体Ａ、Ｂ、Ｃに対してカメラ
を固定して撮影しているとき、前述したように背景領域
りはカメラ・ブレが生じない限り静止しているから、領
域りについて動きベクトルを検出すれば、カメラ・ブレ
の情報を得ることができる。従ってプレ検出回路６０で
プレ量及びその方向を検出し、これを補正する方向に可
変頂角プリズム５７を駆動する。これにより、カメラ・
ブレを補正しながら、撮影画面内において動く被写体に
測距領域を設定し、遠近競合などを生じることなくピン
トを合わせ続けることができる。

次に、撮影者が被写体を追尾して流し撮りしたい場合を
説明する。第２図の中心の人物Ｂを追尾する場合、オプ
ティカル・フローは第３図（ａ）のようになる。撮影者
は人物Ｂを常に画面の一定位置に収めようとするので、
人物Ｂの位置での動きベクトルは小さくなり、逆に背景
を含む他の部分の動きベクトルの大きさは大きくなる。

従って、領域Ｂに測距領域を設定すればよい。第３図（
′ｂ）は第２図（Ｃ）と同様のヒストグラムを示し、第
３図（Ｃ）は領域決定回路３８により決定されたオン領
域（斜線部分）Ｂの関係を表すものである。なお、闇値
決定（Ｔｈｘｌ　、　Ｔｈｘ２．　Ｔｈｙｌ　、　Ｔｈ
ｙ２）及び領域決定のプロセスは、上述の場合と同じで
ある。

この場合はカメラをバンニングして、移動被写体を追尾
している場合であり、このときには、カメラを固定して
いるときとは逆に、動きベクトルが小さくなる第３図（
Ｃ）の領域Ｂに測距領域を設定しなければならない。従
って、カメラのバンニングを検出した場合には、上述の
領域決定回路の領域設定出力信号を反転して測距領域設
定回路４６に供給すればよい。

第５図はその一例の構成ブロック図を示す。第１図と同
じ構成部品には同じ符号を付しである。

６２はカメラのバンニングを検出するバンニング検出回
路であり、例えば、カメラの一方向への移動が小時間連
続して生じているときにバンニングと判定して制御信号
を出力する。具体的には、カメラ・ブレの周波数帯域が
０．５〜１０Ｈｚ程度の帯域に分布しているので、これ
以下の周波数帯域を抽出するバンドパス・フィルタの出
力から動き量を検出し、その動き量が所定値以上となっ
たときバンニングと判断する。バンニングの検出には他
にも種々の方法があるが詳細な説明は省略する。

バンニング検出回路６２からバンニング中であることを
示す制御信号が出力される際には、領域決定は、前述の
闇値（Ｔｈｘｌ、Ｔｈｘ２．Ｔｈｙｌ、Ｔｈｙ２）の間
となる動きベクトルの無い位置、即ち第３図（Ｃ）にお
いて物体Ｂに測距領域を合わせるよう測距領域設定回路
４６へと指令を出力する。これにより、被写体部分で動
きがあり、背景部分で動きが小さいカメラ固定の場合は
、動きの大きい被写体部分の測距領域を設定し、被写体
部分で動きが無く、背景部分で動きの大きいカメラ・バ
ンニング時には、動きの小さい被写体部分に測距領域を
設定するという一見逆の動作を円滑に行うことができる
。

また、バンニング時、カメラに操作スイッチを設けてお
き、これを操作するようにしても本実施例を実現できる
。

上述した第２図及び第３図を検討すると、第２図はカメ
ラの向きは固定し、カメラ・ブレを防ごうとしながら主
被写体に測距領域を自動設定している場合、第３図は主
被写体を追尾する場合である。どちらの場合も、−船釣
には主被写体は画面中央付近に位置する。従って、どち
らの場合をも区別せずに測距領域を設定するためには、
画面中央付近のベクトルとほぼ同じベクトルを持つ領域
に測距領域を設定するようにすればよい。

第６図は本発明の更に別の実施例の構成プロンの動きベ
クトルを抽出してその大きさを判定し、所定の統計処理
などを施して、抽出すべきベクトルの闇値を設定するベ
クトル闇値設定回路、６４はベクトル闇値設定回路６３
から出力された動きベクトルの存在する画面上の領域を
メモリ３２上において検索し、測距良識設定回路４６へ
と領域設定用ゲート信号を出力する領域決定回路である
。

メモリ３２上で常に描影画面中央部の動きベクトルの値
が検出され、その大きさとおほぼ同じ範囲内に属するベ
クトルを持つ領域に測距領域を設定することができる。

このようにすれば、上述の第２図のカメラ固定の場合も
、第３図のカメラ追尾動作の場合も、全く区別すること
なく、測距領域の自動設定を行うことができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれ
ば、オプティカル・フローの統計処理により、測距領域
を決定するので、撮影者の意図に近い形、位置の測距領
域を設定できる。また、遠近競合で背景にピントが合っ
てしまったり、主被写体が測距領域から外れてピントが
背景に移ってしまうという事態も生じなし、被写体が画
面内を移動して追尾することができる。更には、過影用
テレビ・カメラのみならず、工業用テレビ・カメラや監
視カメラなどにも広く適用できるものであり、実用上、
著しい利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したビデオ・カメラの構成ブロッ
ク図、第２図及び第３図は領域決定の手順の説明図、第
４図、第５図及ぶ第６図は本発明の別の実施例の構成ブ
ロック図である。ｉｏ−被写体　１４・−撮影レンズ　１６・−撮像素子
　１８−信号処理回路　２〇−映像出力端子２２−遅延
回路　２４−ブロック分割パルス発生回路　２６．２Ｌ
−分割回路　３０・−動きベクトル検出回路　３２−メ
モリ　３４−統計演算回路３６−闇値決定回路　３８−
領域決定回路　４２−アクチュエータ　４４−駆動回路
　４６−・測距領域設定回路

Claims

【特許請求の範囲】

画面を少なくとも２つ以上に分割して得たブロック領域
毎に動きベクトルを求める手段と、このベクトル情報に
基づき測距領域を設定する手段とを有することを特徴と
する測距領域設定装置。