JPH04323611A - 合焦状態検出方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種光学機器の撮像系
の合焦状態を検出して高精度の合焦を行わせ得る合焦状
態検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光学機器、例えばＣＣＤカメラ等の撮像
装置において、撮影レンズを含む撮像系の合焦状態の評
価を行う場合、通常、図１に示すようなチャート画像１
を撮像して行われる。このチャート画像１は、長さ方向
（Ｘ方向）において最小濃度（暗い領域）Ｌと最大濃度
（明るい領域）Ｈとの一方から他方へ変化する濃度差の
境界Ｍを有している。そして、このチャート画像１を撮
像したときは、撮像系を介して取り込まれる画像入力デ
ータがＣＣＤのようなデバイスであると、その画素分解
能により、前記境界Ｍ付近の明るさデータが図２に示す
Ｘ−Ｙ座標上の画像点列ｋ１　〜ｋｍとなって表示され
る。即ち、同図のＸ−Ｙ座標上において、Ｘ座標は前記
Ｘ方向に対応する画素の位置を示し、Ｙ座標は明るさの
レベルを示している。ここで、明るさのレベルは、チャ
ート画像１の最小濃度Ｌにおいて低い領域Ｌｌとなり、
最大濃度Ｈでは高い領域Ｈ１となるが、濃度差の境界Ｍ
に相当する遷移領域Ｍ１においては明るさレベルが遷移
する。ところが、撮像系の合焦状態が悪く所謂ピンボケ
となっている場合は、図３のように、遷移領域Ｍ１の立
ち上がりが緩やかとなるが、良好な合焦状態でピントが
合っていると、図２のように、立ち上がりは急峻となる
。そして、このような離散的な画像点列ｋ１　〜ｋｍに
基づいて前記ＣＣＤカメラの合焦状態を判断する場合、
従来は図６に示すように、明るさレベルに上下限のしき
い値ＳｈとＳｌとを設定して、明るさレベルの低い領域
Ｌ２（画像点列ｋ１　〜ｋ３　）から高い領域Ｈ２（画
像点列ｋ６　，ｋ７）に至るまでの境界Ｍに相当する遷
移領域Ｍ２に何画素を有しているか（この設定では画像
点列ｋ４　，ｋ５　となる）を調べて、その画素数によ
り合焦の良否を判定する方法を採用していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法によると、ＣＣＤのように画素分解能に一定の
限界があるものでは、判定対象となるしきい値内に存在
する画素数が少ない状態で合焦状態を判断しなければな
らず、合焦状態の評価精度を高めることができなかった
。

【０００４】また、外乱の影響等により、例えば、図７
に示すように、しきい値の上限Ｓｈに近い画像点列の一
つｋ６　が変動によってしきい値内に入ると、本来は遷
移レベルの領域がＭ３であったのが、誤ってＭ４と判断
される場合が生じ、合焦状態の判断結果に大きな相違を
及ぼす問題があった。このことは、合焦状態の評価精度
が外乱の影響等を受けやすい不安定な状態評価であるこ
とを示すものである。

【０００５】本発明は、上記課題を解決することを目的
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
目的を達成するため、Ｘ方向において最小濃度と最大濃
度との一方から他方へ変化する濃度差の境界がある画像
を撮像したときの画像入力データが、前記Ｘ方向に対応
するＸ座標上に画素の位置を示し、Ｙ座標上に明るさの
レベルを示すＸ−Ｙ座標にあって画像点列で表示され、
この画像点列のうち前記画像の境界付近の画像点列に対
応するデータから撮影レンズを含む撮像系の合焦状態を
検出する合焦状態検出方法において、前記境界付近の画
像点列をＸ−Ｙ座標上のｎ次線に近似する処理と、ｎ次
近似して得られたｎ次線と各画像点列との間における明
るさレベルの分散和を得る処理と、この分散和の値によ
り撮像系の合焦状態を判断する処理とを含むことを特徴
とする。

【０００７】

【作用】光学機器としてＣＣＤカメラの合焦状態を評価
する場合、図１に示すようなＸ方向において最小濃度と
最大濃度との一方から他方へ変化する濃度差の境界Ｍが
ある画像１を撮像したとき、撮像系を介して取り込まれ
る画像入力データは、その画素分解能によって図２に示
すように、Ｘ−Ｙ座標上の画像点列で表示される。

【０００８】合焦状態を判断するに際しては、まず、境
界Ｍ付近に相当する画像点列をＸ−Ｙ座標上のｎ次線（
ただし、ｎは自然数）に近似する。すると、ｎ次線近傍
の全データから合焦状態の判断基準が導き出される。 つぎに、ｎ次近似して得られたｎ次線と各画像点列との
間における明るさレベルの分散和を得る処理を行う。こ
れにより、画像の境界Ｍに対応する画像点列の遷移部分
での明るさレベルの立ち上がりの度合いが明らかとなる
。ここで、分散和の値により撮像系の合焦状態を判断す
るが、分散和の値が低い場合は、図３に示すように、立
ち上がりの度合いが緩やかであり合焦状態は良好でない
。一方、分散和の値が高い場合は、図２に示す如く立ち
上がりの度合いが急峻となり、最も急峻であるときに合
焦状態が最適であることが知られる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１０】この発明は、光学機器として、例えばＣＣ
Ｄカメラ等の撮像装置における撮影レンズを含む撮像系
の合焦状態を検出するもので、図１に示す従来と同様の
チャート画像１を撮像し、得られた画像入力データを演
算処理して合焦状態の評価を行う。

【００１１】但し、この実施例においては、画像入力デ
ータのうち、チャート画像１の濃度差の境界Ｍ付近を中
心にした所定幅の画像点列の画像入力データを演算処理
して、合焦状態を検出する。

【００１２】まず、与えられた画像入力データに基づい
て、境界Ｍ付近の離散的な画像点列ｋ１　〜ｋｍを下式
（１）に示す最小二乗法により１次線Ｙ０　＝ａ０　＋
ａ１　Ｘに近似する。この場合は、Ｘ−Ｙ座標上におけ
る各画像点列ｋ１　〜ｋｍについて、順次、ｋ１　の明
るさレベルをＹ（１）　、ｋ２　をＹ（２）　、……ｋ
ｍをＹ（ｍ）　とし、それぞれのデータに対応するサン
プリング位置はＸ（１）　、Ｘ（２）　、……Ｘ（ｍ）
　とする。

【００１３】ここで、ｍはサンプリングデータ数、ｉは
画像点列の番号、Ｘは画像点列の位置、Ｙは明るさレベ
ルである。

【００１４】

【数１】

【００１５】これにより、図４に示すＸ−Ｙ座標上の１
次直線Ｙ０　に近似され、この境界Ｍおよびその近傍の
全データから合焦状態の判断基準が導き出される。

【００１６】つぎに、この１次近似による直線Ｙ０　と
各画像点列ｋ１　〜ｋｍとの間における明るさレベルの
分散和Ｓを得る処理を行う。Ｓは、下式（２）にて求め
られる。

【００１７】

【数２】

【００１８】上式に基づく演算処理により得られた分散
和Ｓの各値によって、前記チャート画像１の境界Ｍに相
当する遷移領域における明るさレベルの立ち上がりの度
合いが明らかとなる。ところで、合焦状態は、図３に示
すように、立ち上がりの度合いが緩やかな場合は良好で
なく、図２に示す如く立ち上がりの度合いが急峻である
ときに、良好な合焦状態にあるということができる。

【００１９】なお、前記分散和を下式（３）に示すよう
にして求め、この分散和Ｓ’によって合焦状態を評価し
てもよい。

【００２０】

【数３】

【００２１】図５は撮影レンズのフォーカスリングを等
ピッチで変化させたとき、各合焦状態において得られた
分散和Ｓを表す特性図である。なお、同図の縦軸は分散
和の値を示し、横軸はフォーカス位置を示している。

【００２２】同図において、分散和Ｓの値が低い範囲は
撮影レンズが広角または望遠側に位置し、合焦状態が良
好でなく濃度差の境界部分は不鮮明な画像となる。一方
、分散和Ｓの値がＣのように大きな値となる程、合焦状
態は良好で境界部分が鮮明な画像となることが理解され
る。従って、合焦状態を変化させながら常にその分散和
データを繰り返し求めることにより、分散和Ｓの最大値
を得ることで最適の合焦位置を検出することができる。 また、このときの分散和データをメモリに記憶しておき
、オートフォーカスリングの制御信号として出力するこ
とにより、常時最適のピント合わせを行わせることが可
能となる。

【００２３】つぎに、第２実施例について説明する。上
記第１実施例においては、１次近似により分散和を求め
たが、この実施例は画像点列を近似する処理として、最
小二乗法により３次曲線に近似して分散和を求めるもの
である。即ち、上記データ処理にて得た明るさのデータ
を３次近似すると、Ｘ−Ｙ座標上において離散する画像
点列に応じた３次曲線となるので、近似精度が向上し、
これに基づいて分散和を求めることにより、合焦状態を
より忠実に反映させた判断を行うことが可能になり、合
焦状態の検出精度を高めることができる。この場合は、
演算処理時間が１次近似よりも多少長くなるが、１次直
線による近似の場合よりも、高精度の合焦状態の検出を
行うことができる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、撮影レ
ンズを含む撮像系の合焦状態を評価する場合、濃度差を
有する画像の境界付近の画像点列をＸ−Ｙ座標上のｎ次
線に近似し、ｎ次近似して得られたｎ次線と各画像点列
との間における明るさレベルの分散和を得た後、この分
散和の値により撮像系の合焦状態を判断するので、画像
入力データのサンプリング間隔や外乱に影響されること
が少なく、高精度に合焦状態を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】合焦状態の検出に用いられるチャート画像であ
る。

【図２】画像入力データの一例を示す図である。

【図３】合焦状態の良くない画像入力データの一例を示
す図である。

【図４】本発明の一実施例を示す説明図である。

【図５】分散和とフォーカス位置との関係を示す図であ
る。

【図６】従来の合焦状態検出方法を示す説明図である。

【図７】従来の他の合焦状態検出方法における問題点を
示す説明図である。

【符号の説明】

１　　画像 Ｌ　　最小濃度 Ｈ　　最大濃度 Ｍ　　境界

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｘ方向において最小濃度と最大濃度と
   の一方から他方へ変化する濃度差の境界がある画像を撮
   像したときの画像入力データが、前記Ｘ方向に対応する
   Ｘ座標上に画素の位置を示し、Ｙ座標上に明るさのレベ
   ルを示すＸ−Ｙ座標にあって画像点列で表示され、この
   画像点列のうち前記画像の境界付近の画像点列に対応す
   るデータから撮影レンズを含む撮像系の合焦状態を検出
   する合焦状態検出方法において、前記境界付近の画像点
   列をＸ−Ｙ座標上のｎ次線に近似する処理と、ｎ次近似
   して得られたｎ次線と各画像点列との間における明るさ
   レベルの分散和を得る処理と、この分散和の値により撮
   像系の合焦状態を判断する処理とを含むことを特徴とす
   る合焦状態検出方法。
2. 【請求項２】　　画像点列を近似する処理として、最小
   二乗法により１次線に近似することを特徴とする請求項
   １記載の合焦状態検出方法。
3. 【請求項３】　　画像点列を近似する処理として、最小
   二乗法により３次線に近似することを特徴とする請求項
   １記載の合焦状態検出方法。