JPH0586705B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、自動追尾焦点検出装置を具えるカ
メラに関し、とくに被写体の動きが激しい場合等
にも、自動追尾焦点検出動作を安定に行う手段に
関する。

（背景技術） 従来の無視差の自動焦点検出装置を具えるカメ
ラ、例えばビデオカメラでは、第１４図Ａに示す
ように測距視野が撮影画面中央部に固定されてい
るため、同図Ｂに示すようにピントを合わせたい
被写体（以下焦点検出対象被写体という。この例
では人物）が移動してしまうと、この被写体とは
異なる距離にある物体（この例では家屋）にピン
トが合い、焦点検出対象被写体である人物がぼけ
てしまうので、画面構成上焦点検出対象被写体を
つねに画面中心に置かねばならないという欠点が
あつた。そのため、測距視野位置を可変にする手
段も提案されているが、これらの手段は撮影者が
つまみ等の操作によつて測距視野位置を変更する
ものであり、撮影途中に被写体が移動する場合
に、これらのつまみによつて測距視野位置をつね
に焦点検出対象被写体上に維持することは困難で
ある。

上記の欠点を解消するために、本出願人は、先
に、移動可能な追尾視野を設定し、被測距物体の
特徴をこの追尾視野に関して抽出し、この抽出さ
れた特徴を記憶させ、この記憶された特徴と新た
に抽出された被測距物体の特徴とに基づいて物体
の移動の有無を検出し、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
ようにした自動追尾焦点検出装置について提案し
たが（昭和59年特許願第105897号、発明の名称
「自動追尾焦点検出装置」）、この提案を実施する
に当たつては、被写体の動きが激しい場合等に自
動追尾焦点検出動作を安定に行うことが可能な手
段を講ずることが望ましい。さらに具体的に言え
ば、追尾中の被写体が撮影画面の外又は撮影画面
中の特定領域の外へ出たとき、追尾視野の初期位
置への復帰を安定に行うことができる手段を講ず
ることが望ましい。

（目的） したがつて、この発明は、従来の自動焦点検出
装置を具えるカメラの前述の欠点を解消し、移動
する被写体について自動的にその移動位置を検出
し、測距視野を被写体の移動に追尾して移動させ
て焦点検出ないし焦点調節を行うに当たり、被写
体の動きが激しい場合等にも上記の自動追尾焦点
検出動作を安定に行うことができる手段を具える
カメラを提供することを目的とする。

（実施例による説明） 以下第１図ないし第１３図等を参照して上記の
目的を達成するためこの発明において講じた手段
について例示説明する。下記の説明は、被追尾被
写体の特徴を色信号情報によつて抽出する例につ
いて、この発明のカメラの実施例の全体説明、並
びに同実施例における限界領域設定手段、被写体
移動検出手段、自動焦点検出手段及び焦点検出マ
ーク設定手段、並びに同実施例の作用の順序で行
う。

（この発明のカメラの実施例の全体説明）（第１
図） 第１図は、この発明に係るカメラの一実施例の
要部を示すものであつて、図中１は撮影光学系中
の焦点調節のためのレンズ群、２は撮像手段の一
例であるC.C.D.等の固体撮像素子を示している。
固体撮像素子２は、周知のように、不図示の撮像
素子駆動回路によつて制御されてその受光面に入
射する被写体からの光を光電交換する。この光電
交換された信号は、不図示の前置増幅器で増幅さ
れ、信号処理回路３で各種の補正処理をされると
ともに同回路内のマトリクス回路で色差信号（Ｒ
−Ｙ），（Ｂ−Ｙ）並びに輝度信号Ｙが作成され
る。これらの色差信号並び輝度信号はエンコーダ
１５で同期信号と合成され、出力ビデオ信号であ
る例えばNTSC信号が形成され、出力端子１６よ
り利用装置、例えばビデオデツキへ供給される。

上記の色差信号（Ｒ−Ｙ）及び（Ｂ−Ｙ）、さ
れら必要があれば輝度信号Ｙは、追尾ゲート回路
４を介して移動検出回路５に入力され、同回路で
被写体の移動方向又は移動量が検出される。ここ
で、被写体とカメラとの間の移動は相対的である
から、上記の被写体の移動とは、カメラが固定さ
れて被写体が移動する場合のほか、被写体が停止
してカメラが移動する場合あるいは両者がともに
移動する場合をいい、この発明は上記のどの場合
にも適用されるものである。

追尾ゲート回路４では、ゲートパルス発生回路
１１が発生するゲートパルスによつて前記の色差
信号等に対するゲート位置が設定される。これに
より、被写体の特徴、さらには背景の特徴を、例
えば後述の第５図〜第８図に示す態様により抽出
する追尾視野の位置が定められる。換言すれば、
前記の色差信号等のうち移動検出回路５に入力さ
れる範囲が定められ、この信号の変化によつて被
写体の移動が検出される。この被写体移動検出信
号はゲート移動回路６に供給され、ここで追尾ゲ
ート回路４のゲート位置、すなわち追尾視野位置
を被追尾被写体の移動に応じて移動させるための
信号が発生される。この信号がゲートパルス発生
回路１１に供給され、被追尾被写体の移動に対応
する位置の色差信号を抽出するためのゲートパル
スが形成される。ゲートパルス発生回路１１は、
同期信号発生回路１０が発生する水平同期信号f_H
及び垂直同期信号f_Vに同期して作動する。なお同
期信号発生回路１０は、装置全体のタイミングを
制御する不図示のクロツクパルス発生回路が発生
するクロツクパルスを分周した信号によつて制御
され、さらに前記の撮像素子駆動回路は、例えば
この分周信号によつて制御され、前述のエンコー
ダ１５は前記の同期信号等によつて制御される等
各種の同期制御が行われるが、これらの同期制御
手段は映像信号処理系で周知であるので詳細な説
明を省略し、また、とくにこの発明の特徴の説明
に関連する部分を除き、図示を省略する。また移
動検出回路５の詳細については、第５図〜第８図
を参照して後述する。

一方、輝度信号Ｙは測距ゲート回路７を介して
自動焦点検出装置８に入力され、同装置で焦点検
出ないし焦点調節が行われる。測距ゲート回路７
では、ゲートパルス発生回路１１が発生するゲー
トパルスによつて輝度信号Ｙに対するゲート位置
が前記の追尾ゲートと同じ関係位置に設定され、
これにより輝度信号Ｙのうち被写体の焦点検出の
ために自動焦点検出装置８に入力される範囲（以
下測距視野という）が定められる。なおこの発明
の実施例では、追尾視野又は（及び）測距視野
は、必要に応じて電子ビユーフアインダ等の表示
装置に表示することができるが、これは必須の手
段ではない。

第１図では、追尾ゲート回路４と測距ゲート回
路７とを別個に設けているが、両ゲート回路を共
通に設けてもよく、あるいは、前者の後段に後者
を接続して前者により設定される追尾視野内のさ
らに小範囲の部分に測距視野を設定してもよい。
ただし、いずれの場合も、追尾動作中は、両視野
は同じ関係位置に、とくに中心位置を同じにして
設定されなければならない。なお第１図に示す例
では、追尾視野と測距視野とは、それぞれ任意の
大きさに設定することができる。さらに撮影距離
及びレンズの焦点距離に応じて、不図示のゲート
大きさ決定回路により両視野の一方又は両方の大
きさを自動的に調整するようにすれば、つねに最
適の大きさの追尾視野又は（及び）測距視野を得
ることができる。

測距ゲート回路７の後段に接続された自動焦点
検出装置８では、公知の手段に従つて自動焦点検
出が行われ、その出力信号がレンズ駆動装置１７
を制御し、その駆動モータによつてレンズ群１を
駆動する。そして合焦点が検出されると、上記の
制御ループが動作を停止し、レンズ群１もその位
置に停止する。なお自動焦点検出手段の具体例に
ついては、第９図を参照して後述する。

ゲート移動回路６から得られる位置情報は、キ
ヤラクタ・ジエネレータ１２に供給され、ここで
焦点検出対象被写体を指示する焦点検出マーク信
号が形成され、この信号がエンコーダ１５からの
出力ビデオ信号（NTSC信号）と加算回路１３で
加算され、表示装置例えば電子ビユーフアインダ
（EVF）１４に映像信号と焦点検出対象被写体を
指示するマーク（例えば第１１図のFM）とが表
示される。なおキヤラクタ・ジエネレータ１２の
詳細については、第１０図を参照して後述する。

次に、第１図の実施例における追尾視野復帰手
段について説明する。先ず、限界領域設定回路１
８及び演算回路１９は、被写体が撮影画面外又は
そのうちの特定領域である限界領域外へ出た場合
に追尾視野を初期位置へ復帰させるための主要構
成部分の一例であつて、これらのうち限界領域設
定回路１８は、同期信号発生回路１０が発生する
水平同期信号f_H及び垂直同期信号f_Vに制御されて
撮影者の設定に従がい、例えば第１１図のBAで
示される限界領域を設定する。限界領域BAは、
その内部においてのみ追尾動作を行う等のために
設けられるものであり、演算回路１９において限
界領域設定回路１８及びゲート移動回路６の出力
信号に応じて追尾視野の現在位置があらかじめ手
動設定された限界領域BA内に入つているかどう
かが判定される。そして追尾視野の位置、したが
つて被追尾被写体の画面上の位置が限界領域BA
を出たとの判定がされると、追尾視野を初期位
置、例えば撮影画面中央部相当の位置へ復帰させ
るよう演算回路１９の制御により移動検出回路５
及びゲート移動回路６を介してゲートパルス発生
回路１１が発生するゲートパルスによつて制御さ
れる追尾ゲート回路４のゲート位置を上記の初期
位置相当の位置へ移動させる。

なおこの発明の実施例において、限界領域は追
尾動作を行う範囲等を定める手段であつて必ずし
もフアインダ等に表示することを要するものでは
ない。また限界領域は、通常は、撮影画面の全面
内にそれよりも狭い範囲として、あるいは撮影画
面中の一部の領域内にそれよりも狭い範囲として
設定される。

上記の追尾視野復帰手段は、被写体の動きが激
しい場合に安定に追尾動作を行わせる等のために
は、被写体がいつたん限界領域BAを出たら直ち
に復帰動作を行うのでなく、制御可能な所定時間
の経過後に行うようにする。時間設定回路２１及
びタイマ２２はそのために設けるものであり、撮
影者の設定に応じ時間設定回路２１を介してタイ
マ２２の作動時間が定められる。被追尾被写体が
限界領域BAを出たとの判定がされると、演算回
路１９は移動検出回路５及びゲート移動回路６に
制御信号ａを転送してこれらの回路の動作を停止
し、かつタイマ２２に制御信号ｂを転送してその
動作を開始させる。タイマ２２は、その動作中、
制御信号ｃをキヤラクタ・ジエネレータ１２及び
レンズ駆動装置１７に転送し、前者では焦点検出
マークの表示動作を中止させ、後者では駆動装置
１７を停止させてその時点におけるレンズ群１の
位置によつて定まる焦点検出状態を保持するよう
にする。制御信号ｃは、さらに警告回路２０にも
転送され、ここで撮影者に対し、現在追尾動作が
停止中である旨を警告するようにする。そのため
の手段としては、限界領域BAの境界線（枠）の
フラツシング、あるいは可聴音信号の発生等種々
の手段が可能である。

タイマ２２の動作が終了すると、制御信号ｄに
よつて移動検出回路５及びゲート移動回路６によ
り定められる追尾ゲート回路４のゲート位置を上
記の初期位置相当の位置へ戻し、これにより追尾
視野は初期位置（例えば撮影画面中央相当の位
置）へ移動し、移動検出回路５は改めて後述の被
写体移動検出動作を開始し、また制御信号ｃの終
了によつてキヤラクタタ・ジエネレータ１２及び
レンズ駆動装置１７はその動作を再開し、警告回
路２０はその動作を停止し、自動追尾動作が再び
行われる。なお撮影者の操作により限界領域設定
回路１８が撮影画面全体を限界領域として設定す
る場合、あるいは撮影画面全体が固定的に限界領
域として設定されている場合には、被追尾被写体
が撮影画面外へ出たことを判定して上記の追尾視
野の復帰及びこれに関連する動作が行われる。

（この発明の実施例における限界領域設定手段）
（第１図〜第４図） 次に第２図〜第４図をも参照してこの発明の実
施例における限界領域設定手段のついて説明す
る。第２図において３０，３１は限界領域BAの
ｘ方向の境界線を、３２，３３は同じくｙ方向の
境界線を示すものであり、第３図Ａのつまみ４０
の手動操作によりｘ方向の位置を定める境界線３
０，３１が左右に移動し、かつロツクボタン４１
の操作によりその位置が固定される。同様に、同
図Ｂのつまみ４２の操作によりｙ方向の位置を定
める境界線３２，３３が上下に移動し、かつロツ
クボタン４３の操作によりその位置が固定され
る。すなわち、つまみ４０，４２の操作により限
界領域BAの位置を可変に設定することができる
が、ｘ方向及びｙ方向ともにつまみをさらに１個
設け、境界線３０と３１、同じく３２と３３とを
独立に設定し、限界領域BAの大きさをも可変に
設定できるようにしてもよい。

上記のつまみ及びロツクボタンの操作に応じて
境界線３０〜３３の位置を示す信号を発生するた
めには、これらの境界線に対応する水平走査線の
位置（３２，３３に対応する）及びこれらの水平
走査線を上下端とする各水平走査線中の特定位置
（３０，３１に対応する）を選択すればよい。そ
のためには、前者については１フイールド中の水
平走査線数をカウントし、つまみ４２等によつて
設定される境界線３２，３３の位置に対応する番
号の水平走査線を選択し、また後者については水
平同期信号周波数を逓倍してパルス列を発生さ
せ、各水平走査周期の始端からカウントしてつま
み４０等によつて設定される境界線３０，３１の
位置に対応する番号のパルスを選択すればよい。
あるいは、水平同期信号及び垂直同期信号にそれ
ぞれ同期する三角波を発生させ、これらの三角波
をそれぞれつまみ４０及び４２等により設定され
る境界線３０，３１及び３２，３３の位置に対応
する電圧レベルでクリツプして矩形波を発生さ
せ、かつこれらの矩形波の前端及び後端に相当す
る１対のパルスを発生させて、それぞれ一方の矩
形波と他方の１対のパルスとの論理和をとればよ
い（本出願人の出願に係る特開昭59−4384号公
報、発明の名称「ビデオカメラ」参照）。さらに
後述のキヤラクタ・ジエネレータ１２と同様の手
段によつてもよい。

第４図は、上記のようにして作成された信号の
タイミング関係を１水平走査期間について示すも
のであり、ａは映像信号を簡略化して示し、ｂは
限界領域を示すもので詳しくは第２図の境界線３
０，３１と水平走査線とが交差する位置を示し、
ｃはａ信号とｂ信号との合成信号を、ｄは第２図
のｘ方向（境界線３０及び３１で定められる）の
限界領域幅を、ｅは第１図の追尾ゲート回路によ
るゲート位置を、ｆは時間軸をそれぞれ示すもの
である。この例では、ｄの限界領域幅を示す信号
は限界領域で低レベル、その他の部分で高レベル
になつている。またゲート位置を示す信号ｅによ
つて追尾視野の位置が定められるものである。な
お第４図には第２図のｙ方向について限界領域を
表わす信号を示していないが、この限界領域も第
４図に示すものと同様にして設定される。上記の
限界領域BAは必ずしも表示装置に表示すること
を要しないが、これを電子ビユーフアインダ１４
等の表示装置に表示するためには、限界領域設定
回路１８の出力信号をキヤラクタ・ジエネレータ
１２あるいは直接電子ビユーフアインダ１４に供
給して表示すればよい。

演算回路１９において、追尾ゲート回路４によ
るゲート位置、すなわち追尾視野が限界領域BA
内に存在するかどうかを判定するには、第４図の
信号ｅの時間軸上の位置、又は信号ｄと信号ｅと
の時間的関係を調べることにより行われる。すな
わち、前者は、被追尾被写体、換言すれば前記の
ゲート位置を示す信号が第４図で右から左へ移動
するとして（T₂−T₁）＜T_K、又は左から右へ移
動するとして（T₄−T₃）＜T_K（ここにT_Kは設計上
定められる正の定数）の関係がみたされるかどう
かを演算回路１９で演算することによつて行われ
る。なお一般的に追尾視野の限界領域BA内の位
置は、 （T₂−T₁）／（T₄−T₁） を演算することによつて知ることができる。また
後者では、信号ｄと信号ｅとの論理和が、低レベ
ルならば限界領域BA内、高レベルならば限界領
域BA外と判定される。

追尾視野が限界領域BA外にあるか、又は限界
領域BAの中央部から領域外へ向つて移動し、境
界線に対し一定範囲（例えば前記のT_K）内に近
づいていることが判定されると、演算回路１９は
移動検出回路５及びゲート移動回路６に対し例え
ば前記の制御信号ａを送り、これに伴つて前述の
復帰動作が行われる。

なお、この明細書において、被写体が撮影画面
外又は限界領域外へ出るとは、被写体が相対的に
完全にこれらの外へ出る場合、又は被写体が撮影
画面中央部からこれらの境界線付近へ相対的に移
動して前記の（T₂−T₁）＜T_Kもしくは（T₄−
T₃）＜T_Kの関係をみたすようになる場合をいう。

（この発明の実施例における被写体移動検出手
段）（第１図、第５図〜第８図） 次に、被追尾被写体の移動を検出し、これに追
尾して第１図の追尾ゲート回路４によるゲート位
置すなわち追尾視野を移動させるための移動検出
回路５の具体例について第５図〜第８図を参照し
て説明する。下記の具体例は、被追尾被写体の特
徴を色信号情報として抽出する例であるが、被写
体の特徴抽出は、このほか輝度信号、さらに被写
体の形状、温度又は被写体中の特徴あるコントラ
スト等の情報を利用して行うことができる。

下記の被写体移動検出及び自動追尾手段を要約
すれば、被写体の特徴を表わすなんらかのパラメ
ータ、この例では被写体及び背景の色を、前記の
追尾手段により設定された追尾視野に関して抽出
し、この抽出された特徴を記憶させ、この記憶さ
れた特徴と新たに抽出された被写体の特徴とに基
づいて被写体の移動の有無、及び被写体が移動し
た場合にその移動方向又は移動位置を検出して、
前記の追尾視野を被写体の移動に追尾して移動さ
せ、また追尾視野の移動に伴つて測距視野をこれ
と同じ位置関係で移動させるものである。

追尾視野は、原則として２次元の拡がりをもつ
ものであるが、説明を簡単にするために、ここで
は第５図Ａに示すように追尾視野が水平方向に延
びる１次元の拡がりをもつものであるとする。ま
た追尾視野は、Ａ，Ｂ，Ｃの３部分（以下各部分
を画素という）に分かれているとする。なお２次
元の追尾視野を構成するには、例えば同図の画素
Ｂ又はＡ，Ｂ及びＣを中心にしてその上下に垂直
方向に延びる画素を設ければよい。

上記の各画素から時系列信号として得られる色
差信号（Ｒ−Ｙ）及び（Ｂ−Ｙ）に、第６図に示
すように、それぞれ、積分回路５０ａ，５０ｂ、
サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路５１ａ，５１ｂ
及びＡ／Ｄ変換回路５２ａ，５２ｂによつて積
分、サンプルホールド及びＡ／Ｄ変換の各処理を
行つて、それぞれメモリ５３ａ，５３ｂに記憶さ
せる。この記憶された値を、各画素Ａ，Ｂ及びＣ
について（Ｒ−Ｙ）及び（Ｂ−Ｙ）直交座標上に
プロツトすると、例えば第７図に示すように表示
される。図でA₀，B₀及びC₀の各点は、それぞれ、
第５図ＡのＡ，Ｂ及びＣの各画素から抽出された
信号を表わしている。ここで、画素Ｂからは被写
体である人物の例えば服装のみを表わす信号が、
画素Ａ及びＣからは、それぞれ被写体の服装と背
景とを表わす信号が加算された信号が抽出される
とする。さらに、同図で被写体の左側と右側とで
背景の色が異つているものとする。したがつて、
点A₀とC₀とは、色差信号座標上の位置が異つて
いる。

次に、第５図Ａに示す被写体が、同図Ｂに示す
ように画面内で右方向へ移動すると、画素Ａ及び
Ｃ内に占める被写体と背景の割合が変化する結
果、画素Ａ及びＣから得られる信号は、第７図
A₁及びC₁に示すようにそれぞれ変化する。一方、
画素Ｂは第５図Ｂに示すように被写体内にとどま
つているので、その服装がほぼ単色であるとすれ
ば、画素Ｂから得られる信号はほとんど変化しな
い。したがつて、ここでは、簡単のためにB₁＝
B₀とする。この場合、第７図に示すように、点
C₁は点B₀（＝B₁）に近づき、点A₁は点B₀（＝B₁）
から遠ざかるので、線分B₁C₁は線分B₀C₀より小
さくなり、線分A₁B₁は線分A₀B₀より大きくな
る。逆に、線分B₁C₁が線分B₀C₀より大きくなり、
線分A₁B₁が線分A₀B₀より小さくなる場合は、被
写体が第５図Ｂで左方向へ移動していることにな
る。なお被写体の左右両側で背景の色が同じであ
るとすれば、被写体が画面内で第５図Ｂの右方向
へ移動するとき上記の点A₁は線分A₀B₀の延長線
上に位置を占め、点C₁は線分B₀C₀上に位置を占
めることになる。この発明は、上記どちらの場合
にも適用することができる。

前述の現象を利用して被追尾被写体の移動を検
出するには、例えば前記の線分AB及びBCの長
さの変化を検出すればよい。そのためには、移動
検出回路５内の色検出回路で前記の画素Ａ，Ｂ，
Ｃに関して被写体の色を検出してこれを移動検出
回路５内のメモリに、例えば手動による機械的入
力手段を介して記憶させ（被写体の特徴の登録）、
次の時点で新たに抽出された被写体の色を表わす
信号とメモリに記憶されている信号とを比較して
被写体の移動の有無、及び被写体が移動した場合
の例えば移動方向を検出する。上記の処理は、テ
レビジヨン信号の１フイールドの期間である１／
60秒の間に又はその枢フイールド分の期間の間に
その平均値に従つて行われる。以下両者を一括し
て１フイールドの期間に処理されるとして説明す
る。

第８図は上記の処理を実行するための具体的な
回路の一例を示し、この回路は、また第１図の移
動検出回路５の詳細を示すものである。第１図の
追尾ゲート回路４を通つた画素Ａ及びＢそれぞれ
の（Ｒ−Ｙ）信号及び（Ｂ−Ｙ）信号から距離演
算回路６０ａにより第７図の（Ｒ−Ｙ）及び（Ｂ
−Ｙ）座標上の線分A₀B₀の長さD_A0

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 撮影画面内において、追尾しようとする追尾
   被写体の移動を検出して該追尾被写体を追尾する
   自動追尾装置であつて、 前記撮影画面内に前記追尾被写体を追尾するた
   めの追尾領域を設定するための追尾領域設定手段
   と、 前記追尾領域内における前記追尾被写体の特徴
   の変化に基づいて前記追尾領域設定手段を制御
   し、前記追尾領域の設定位置を可変する追尾手段
   と、 前記撮影画面内において前記追尾領域を設定可
   能な範囲を示す所定の限界領域を設定する限界領
   域設定手段と、 前記追尾領域が前記限界領域を出たことが判定
   されたとき被写体追尾動作を停止するとともに所
   定時間経過後に前記追尾領域を前記撮影画面中央
   部の初期位置へと復帰させ、前記追尾領域が前記
   初期位置に復帰したことが判定された後、追尾動
   作を再開する制御手段と、 前記所定時間を可変する手段と、 を具えるカメラ。