JPH02215282A - 動体追尾装置 - 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］ 本発明は動体追尾装置、詳しくはカメラ、特にビデオカ
メラにおける移動物体を自動的に追尾して焦点整合を行
なう動体追尾装置に関する。

［従来の技術］ ビデオカメラ等で移動物体を撮影する際に使用される動
体追尾装置においては、移動物体をどうやって検出する
かが問題で、例えばテレビジョン学会誌、ＰＲＬ７８−
１０．１９７８の「運動物体の検出と追跡」にその手段
が発表されている。

また、移動物体の自動追尾に関しては、特開昭６０−２
４９４７７号公報等に数多く開示されている。

この特開昭６０−２４９４７７号公報に開示された自動
追尾焦点検出装置は、追尾視野を移動可能に設定する手
段と、測距すべき物体の特徴をこの追尾視野に関して抽
出する抽出手段と、この抽出された特徴を記憶する記憶
手段と、上記抽出手段によって抽出された物体の特徴と
前記記憶手段に記憶された特徴とに基づいて前記物体の
相対的な移動の有無を検出する手段と、前記物体の相対
的な移動に応じて測距視野を物体の移動に追尾して移動
させる手段とで構成されていて、追尾対象物体の移動の
有無や物体が移動した場合における、その移動方向、移
動位置を自動的に検出し、測距視野を物体の移動に追尾
して移動させ、これによって焦点検出して焦点調節する
ようになっている。

ところで、移動していないつまり静止している被写体に
焦点整合する、所謂オートフォーカス（以下、ＡＰと略
記する）装置は、従来から種々のものが提供されている
。この種ＡＦ装置においては例えば、合焦の度合を示す
値が大きくなる方向に撮影レンズを移動させ、ピーク位
置を検出したら、そこで停止するように構成された、コ
ントラスト検出方式、通称、山登り方式と呼称される方
式が、知られている。このコントラスト検出方式は、像
のピントが合ってくると映像信号中の高周波成分が増え
る点に若目し、バンドパスフィルタ等により映像信号中
から取り出されたその高周波成分を、合焦の度合を示す
信号として検出するものである。

ところが、このコントラスト検出方式のＡＦでは、デフ
ォーカス方向とデフォーカス量が１回の検出では不明な
ので、常にスキャンしながら合焦点を通過してから初め
て合焦位置の検出が可能となる。従って、多くの回数の
像検出が必要であり、また合焦点付近では一度合焦点を
通り越してから合焦点に戻る、所謂ハンチングが不可避
なので、合焦動作に時間がかかると共に、円滑な動作が
期待できなかった。

また、２つの光路長のデータからデフォーカス方向と大
体のデフォーカス量を検出する位相差検出方式のＡＦで
は、少ない回数の像信号検出でデフォーカス方向とデフ
ォーカス量を算出することはできるが、測距精度が不十
分である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の従来例では移動物体を如何にして
認識するか、あるいは如何にして自動追尾するかが開示
されている１巳過ぎず、−旦焦点整合しても移動物体の
移動速度が速すぎて合焦位置から大きく外れたときの対
策は同等開示されていない。

換言すれば、動体が合焦位置から大きく逸脱すると、従
来のコントラスト検出方式の焦点検出方式では、合焦ス
ピードが遅いので、焦点を合わせている間に動体が画面
から消えてしまって焦点整合が不能に陥る虞がある。そ
こで、動体を検出する場合は動体に対していかに早く焦
点整合を行ない、その後追尾させるかが課題である。し
かし、従来技術においてはこの点に対する改善がなされ
ていない。

そこで、位相差検出方式により画面の任意の領域の焦点
整合を行なおうとすると、光学系が複雑になってしまう
。また、位相差検出方式に使っているセンサをビデオ信
号を利用した動体の相対位置変化検出手段に兼用するこ
とも難かしい。

そこで本発明の目的は、上述の問題点を解消し、簡単な
構成で移動物体を迅速に自動追尾できる動体追尾装置を
提供するにある。

［課題を解決するための手段および作用］本発明の動体
追尾装置は、異なる光路を通過した２つの像の相対位置
関係を検出して所定領域の物体に焦点を合わせる第１の
焦点整合装置と、エリアセンサから得られる映像信号の
高域周波数成分が最大になるように制御される第２の焦
点整合装置と、カメラと上記所定領域の物体との相対位
置の変化を検出する相対位置変化検出手段と、よりなり
、上記相対位置の変化が検出されたとき、上記第２の焦
点整合装置によって上記物体の移動を追尾することを特
徴とする。

［実　施　例］ 以下、図示の実施例により本発明を説明する。

先づ、本発明の詳細な説明するに先立ち、本発明に用い
られる測距原理につき、第２図を用いて位相差検出方式
による、第３図を用いてコントラスト検出方式による、
それぞれの焦点整合の原理を説明する。そして、次に、
これら各測距方式のセンサをカメラの光学系に配置した
一例を第４図によって説明する。

第２図は、位相差検出方式による焦点整合の原理を説明
する光路図である。この位相差検出方式による焦点整合
の原理については、例えば特開昭５９−１２６５１７号
公報等に詳しく述べられているので、ここではその要点
のみを簡単に説明する。

撮影レンズ２の後方の予定焦点面３３、あるいはこの焦
点面３３から更に後方の位置に瞳投影レンズ３２が、更
にその後方に瞳分割レンズ３１゜３０がそれぞれ配設さ
れている。そして、各瞳分割レンズ３１．３０の結像面
には、例えばＣＣＤを受光素子として有するラインセン
サ７ａ、７ｂが配設されている。

各ラインセンサ７ａ、７ｂ上の被写体像は、追尾対象物
体の像が予定焦点面３３より前方に結像する、所謂前ビ
ンの場合には互いに光軸Ｏの方向に近づき、反対に後ピ
ンの場合にはそれぞれ光軸０から遠くなる。また、ピン
トが合った場合には２つの像の互いに対応し合う２点間
の間隔は、光学系の構成から定められる特定の距離とな
る。

従って、ラインセンサ７ａ、７ｂ上の２つの像の光分布
パターンを電気信号に変換して、それらの相対位置関係
を求めれば、焦点状態を知ることができる。

第３図は、コントラスト検出方式による焦点整合の原理
を説明する線図で、検出の際、出力される高域周波数成
分の焦点整合位置に対する関係を示すものである。上記
コントラスト検出方式による焦点整合については、例え
ば特開昭６２−１４６０８０号公報等に詳しく述べられ
ているので、ここではその要点のみを簡単に説明する。

このコントラスト検出方式による焦点整合は、別名山登
り方式とも呼称されているもので、ＣＣＤ等の撮像素子
を多数、面状に配設して形成されたエリアセンサから出
力された光電変換信号の高域周波数成分の最大値を検出
して、焦点整合を行なうようになっている。第３図にお
いて、横軸は撮影レンズの焦点整合位置を示しており、
横軸上の位置が原点０に近い程、近距離の被写体に合焦
する位置であり、原点より遠、い程遠距離の被写体に合
焦する位置である。また、縦軸は、エリアセンサから出
力された映像信号の高域周波数成分の振幅を示している
。

いま、上記焦点整合装置が被写体距離りに対応する位置
ｄ１にあるとき合焦し、上記高域周波数成分の振幅は最
大になり、その位置より近距離側、遠距離側の何れにズ
しても減少する山形特性となる。

第４図は、上述の各測距方式におけるセンサを、銀塩フ
ィルムを用いた一眼レフレックスカメラの光学系に配置
した一例を示す光学配置図である。

一般に、コントラスト検出方式の焦点整合装置に用いら
れるＣＣＤイメージセンサからなるエリアセンサのセン
ササイズを、通常の３５ミリフイルムをフルサイズで使
用したときの画面サイズと比較すると、一般的な２／３
インチＣＣＤのセンササイズは３５ミリフイルムの画面
サイズの略１／４なので、エリアセンサをそのままフィ
ルム焼付用画像信号入力デバイスとして使用することは
できない。つまり、撮影レンズの結像面にＣＣＤを配置
しただけでは、必要とする画角の一部のみしかＣＣＤ上
に捉えることができない。そこで、この第４図では、光
路中にフィルム像高をＣＣＤ像高に縮少する縮少リレー
結像光学系４４を介挿することにより、上述のような撮
影レンズの結像面にＣＣＤを配置しただけでは必要とす
る画角の一部のみしか捉えられないという問題点を解決
している。

第４図において、撮影光学系４１を透過した被写体光は
、ハーフミラ−４２で光路分割され、直進する光は結像
面４５上に配置されたフィルムの面上に結像される。ま
た、上記ハーフミラ−４２で上方に向けて反射された被
写体光の一部は、反射ミラー４３でもう一度後方に向け
て反射されて縮少リレー結像光学系４４に入射する。こ
の縮少リレー結像光学系４４の射出側に配置されたハー
フミラ−４６で更に光路分割され、下方に向かう光路で
は、企画角におよぶコントラスト検出方式による焦点整
合を実現するＣＣＤ等で形成されたエリアセンサ５上に
結像されも。このエリアセンサ５は、上述のようなコン
トラスト検出方式による焦点整合の他、例えばエレクト
リックビューファインダに像を形成させるためにも用い
られる。

また、ハーフミラ−４６を通過して後方に直進する光路
には、コンデンサレンズ４８、セパレータレンズ４９．
視野マスク５０からなる瞳分割光学系６と、この光学系
６の後方近傍に位置して画面中央部用の位相差検出方式
の焦点整合を実現するＣＯＤ等で形成されたラインセン
サ７とが配設されていて、同センサ７上に上記被写体像
が結像されるようになっている。

このようなｎ１距原理を組合わせて使用する本発明の動
体追尾装置を以下、図面を参照して具体的に説明する。

第１図は、本発明の動体追尾装置をスチルビデオカメラ
（以下Ｓｖカメラと略記する）に適用した実施例のブロ
ック系統図である。

図において、符号１は追尾対象物体２．２は撮影レンズ
、３は赤外カットフィルタ、４はハーフミラ−である。

ハーフミラ−４を透過した追尾対象物体１からの光束は
、エリアセンサ５上に結像する。エリアセンサ５で発生
された光電変換信号は、プリアンプ９で増幅され、ガン
マ補正、ゲイン調整等の処理を施してビデオ信号に変換
するプロセス回路１７とバイパスフィルタ１０に導かれ
る。

このプロセス回路１７の出力は、記録回路１８を経由し
て磁気ヘッド２１に導かれる。

磁気ディスク２２を駆動する第２のモータ２３は、サー
ボ回路２４によって、その回転が制御される。また、ト
ラック制御回路２０は、磁気ヘッド２１を磁気ディスク
２２の半径方向に移動させるための制御回路である。一
方、上記プロセス回路１７のビデオ出力は、液晶ドライ
バ２５に導かれ、液晶表示部２６に画像表示される。

上記プリアンプ９の出力は、バイパスフィルタ（Ｈ，Ｐ
、Ｆ）１０によって高域周波数成分のみが抽出され、第
２のＡ／Ｄコンバータ１１によってＡ／Ｄ変換されたの
ち、画像メモリ１２に記憶される。上記画像メモリ１２
に接続された第２のマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）１
３においては、後述する映像信号の高域周波数成分を利
用して、焦点整合を行なうための演算が行なわれる。ま
た、この第２のマイクロコンピュータ１３では、焦点整
合すべき被写体のフォーカスエリアをスーパーインポー
ズ表示するための信号が形成されて液晶ドライバ２５に
供給される。

一方、ハーフミラ−４で反射された被写体からの光束は
、瞳投影レンズ、瞳分割レンズ等で構成される位相差検
出のための瞳分割光学系６を介してラインセンサ７上に
結像される。このラインセンサ７と上記エリアセンサ５
とはセンサドライバ８によって駆動される。また、上記
エリアセンサ５は第１のモータ１００により微振動され
るようになっている。

システムコントローラ１９は、上記第１のモータ１００
．プロセス回路１７．記録回路１８．トラック制御回路
２０．サーボ回路２４．液晶ドライバ２５等にタイミン
グ信号を送りこれら各回路の動作を制御する。

ラインセンサ７の出力は、第１のＡ／Ｄコンバータ１４
を介して第１のマイクロコンピュータ１５に導かれる。

この第１のマイクロコンピュータ１５は、位相差検出方
式による焦点検出演算を行なうと共に、モータ駆動回路
１６を駆動制御する。

スイッチ２７は、フォーカスすべき被写体をロックする
ためのＡＦロックスイッチである。また、符号２８はレ
リーズスイッチで、このスイッチが閉じると、ビデオ信
号が磁気ディスク２２に記録される。なお、第１のマイ
クロコンピュータ−５と第２のマイクロコンピュータ１
３とは相互に通信を行ないながら、この動体追尾装置の
作動をシーケンス制御するようになっている。

コントラスト検出方式の焦点整合における焦点整合位置
に対する高域周波数成分の特性を示す前記第３図におい
て、エリアセンサ５は上記第１のモーター００によって
ａ　あるいはａ２のように正弦波状に微変動されている
。微変動ａ１は撮影レンズ２の焦点整合装置が合焦位置
ｄ１より近距離側の位置ｄ２にある場合の手リアセンサ
５の微変動で、このときの高域周波数成分は、上記微変
動ａ　によるフォ１−カス変化によりｂｌに示すような
振幅変調を受ける。また、焦点整合装置が合焦位置ｄ　
より遠距離側の位置ｄ３にあると、微■ 変動ａ　によるフォーカス変化のためｂ２に示すように
振幅変調される。

ｂｔ、ｂ２の振幅変調は、図から明らかなように焦点整
合装置が合焦位置ｄ１より近距離側にあるか遠距離側に
あるかによって、その位相が反転する。従って、ｂｌに
示す振幅変調された信号を基準周波数信号で同期検波し
、この同期検波した信号でモータが矢印Ｃの方向に、ま
たｂ２で矢印Ｃ２の方向に、それぞれ駆動すれば、この
焦点整合装置は常に高域周波数成分が最大になる点で安
定することになる。

このように構成された本発明の実施例は、そのソフトウ
ェア面から第５図に示す第１実施例と第７図に示す第２
実施例に別れるが、これら各実施例の動作を第５図〜第
７図を用いて以下に説明する。

第５図は、本発明の第１実施例を示す上記動体追尾装置
のフローチャートで、第６図（Ａ）　、　（Ｂ）はファ
インダスクリーン上の追尾対象物体の一例を示す配置図
である。

第５図において、撮影者は画面中央付近にあるフォーカ
スエリアに追尾対象物体を捉え（第６図（Ａ）参照）で
、ＡＦロックスイッチ２７（第１図参照）を閉じる。す
ると、第１のＣＰＵ１５　（第１図参照）が作動して前
記位相差方式により追尾対象物体までの距離を検出して
撮影レンズ２を駆動し、これによって焦点整合が行なわ
れる。即ち、位相差方式の焦点検出によると、広いデフ
ォーカス範囲を略１回だけの合焦動作で検出できるので
、焦点整合が迅速に行なわれる。

次に、エリアセンサ５のビデオ信号出力を分析して追尾
対象物体の移動を検出する。この追尾対象物体の移動を
検出する手段は、例えばテレビジョン学会誌［運動物体
の検出と追跡Ｊ、ＰＲＬ７８−１０．１９７８などに詳
しく述べられているので、ここでの詳細な説明は省略す
る。

物体が移動しているときは、第６図（Ｂ）に示すように
、焦点検出領域を追尾すると共に、スーパーインポーズ
表示をする。そこで、追尾対象物体の移動が検出される
と、上記ビデオ信号の高域周波数成分を前記ＨＰＦＩＯ
（第１図参照）で検出し、これによってコントラスト方
式による焦点整合、つまり“コントラスト最大検出駆動
゛を行なう。次に、レリーズスイッチ２８がオンされて
いるか否かを検出してオンされていればビデオ信号を記
録した後、終了する。また、レリーズスイッチ２８がオ
ンされていなければ、物体の追尾と焦点整合を繰返し続
行する。

上述のようにこの第１実施例においては撮影者は先づ画
面の所定領域、多くの場合画面中央のフォーカスエリア
を、撮影したい物体に合わせて位相差方式により焦点整
合を行なわせる。次に、エリアセンサ５で光電変換され
たビデオ信号を分析して上記所定領域の物体と、カメラ
との相対移動を検出し、移動している場合は、上記エリ
アセンサ５による映像信号の高域周波数成分の最大値を
検出するコントラスト方式によって上記移動物体を追尾
する。

即ち、目標とする物体に対して位相差検出方式により１
回の焦点検出でデフォーカス方向とデフォーカス量を検
出して迅速に合焦させたのち、上記目標物体が移動して
いるときはエリアセンサ５によるビデオ信号を分析して
動きを検出すると同時にコントラスト方式によって物体
の移動を自動的に追尾させるものである。

第７図は、本発明の第２実施例を示す動体追尾装置のフ
ローチャートである。上記第１実施例では、先づ追尾対
象物体を位相差検出方式により焦点整合した後、コント
ラスト方式に切換えて焦点整合しているから、この両方
式がいわば、時間的に直列になって焦点整合処理が行な
われている。

従って、この手段によると、位相差方式による焦点整合
を行なっている間に追尾対象物体がフォーカスエリアか
ら消えると、追尾不能に陥ってしまう。

そこで、この第２実施例では位相差検出方式による焦点
整合を第１のマイクロコンピュータ１５で行ない、動体
の追尾とコントラスト検出方式による焦点整合を第２の
マイクロコンピュータ１３で行なうことにより、処理を
並列に進めようとするものである。

第７図において、先づ画面中央付近のフォーカスエリア
に追尾対象物体を捉え（第６図（＾）参照）てＡＦロッ
クスイッチ２７をオンする。次にコントラスト検出によ
る焦点整合が可能か否かを第２のマイクロコンピュータ
１３で判断し、もし可能であれば焦点整合と追尾を第２
のマイクロコンピュータ１３に任せる。即ち、焦点整合
は、エリアセンサ５を使ったコントラスト方式で行なう
。

コントラスト検出による焦点整合が不可能なら、位相差
検出方式による焦点整合を行なう。位相差検出方式によ
る焦点整合作動中（レンズ駆動中）第２のマイクロコン
ピュータ１３によりコントラスト検出による焦点整合が
可能になりこれによってコントラストピークが検出され
（焦点整合され）れば、コントラスト方式による焦点整
合に移行する。なお、コンラスト検出による焦点整合が
可能か否かの判断は、信号成分のコントラストが所定値
以上あるかないかで判断してもよいし、上記第３図に示
したエリアセンサ５の微変動ａ　ｔ　、　　ａ　２に対
して高域周波数信号の位相変化が検出されるか否かで判
断してもよい。コントラスト検出による焦点整合につい
ては上記第１実施例と同じである。以上述べたこの第２
実施例の方法によれば、高速物体でも確実に追尾できる
。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、目標とする物体に対
しく位相差検出方式により１回の検出でデフォーカス方
向とデフォーカス量を算出して迅速に合焦させたのち、
上記目標物体が動いているときはエリアセンサによる映
像信号を分析して動きを検出すると共に、コントラスト
検出方式によって目標物体の移動を追尾させるので、簡
単な構成で動体に対して迅速に追尾させることができる
。

また、エリアセンサの出力はビデオ信号に兼用できるの
でコストパフォーマンスが高い等の種々の顕著な効果が
発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の動体追尾装置における第１゜第２実
施例に共通して適用されるハード的構成を示すブロック
系統図、 第２図は、上記第１図に使用される位相差検出方式の焦
点整合装置における瞳分割光学系の光学配置図、 第３図は、上記第１図に使用されるコントラスト検出方
式の焦点整合装置における高域周波数成分の焦点整合位
置に対する特性線図、 第４図は、上記第２図、第３図に示された検出方式にお
ける各センサを銀塩フィルムを用いた一眼レフレックス
カメラに適用した一例を示す光学配置図、 第５図は、本発明の第１実施例を示す動体検出装置の作
動のフローチャート、 第６図（Ａ）　、　（Ｂ）は、ファインダスクリーン上
の追尾対象物体の一例を示すファインダ視野内配置図で
、第６図（Ａ）は追尾開始時を、第６図（Ｂ）は追尾中
をそれぞれ示す図、 １８７図は、本発明の第２実施例を示す動体追尾装置の
作動のフローチャートである。 １・・・・・・・・・追尾対象物体（物体）５・・・・
・・・・・エリアセンサ ６・・・・・・・・・瞳分割光学系（第１の焦点整合装
置）７・・・・・・・・・ラインセンサ（第１の焦点整
合装置）１３・・・・・・第２のマイクロコンピュータ
（第２の焦点整合装置および相対位置 変化検出手段） １５・・・・・・第１のマイクロコンピュータ（第１の
焦点整合装置）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）異なる光路を通過した２つの像の相対位置関係を
   検出して所定領域の物体に焦点を合わせる第１の焦点整
   合装置と、 エリアセンサから得られる映像信号の高域周波数成分が
   最大になるように制御される第２の焦点整合装置と、 カメラと上記所定領域の物体との相対位置の変化を検出
   する相対位置変化検出手段と、 よりなり、上記相対位置の変化が検出されたとき、上記
   第２の焦点整合装置によって上記物体の移動を追尾する
   ことを特徴とするカメラの動体追尾装置。