JPH089231A

JPH089231A - 電子カメラの合焦位置検出装置

Info

Publication number: JPH089231A
Application number: JP6134296A
Authority: JP
Inventors: Shuji Hayashi; 修二林
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1996-01-12
Anticipated expiration: 2018-01-07
Also published as: JP3361619B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電子カメラの合焦位置を迅速に推測する。【構成】実画像データをフーリエ変換したデータをレン
ズ位置を複数点変えたときの各レンズ位置における点像
分布関数のフーリエ変換値で割算して、各レンズ位置毎
に復元画像をフーリエ変換したデータを得る。このレン
ズ位置毎のデータから夫々低周波成分を抽出し、その割
合を比較して合焦位置の評価値を算出し、評価値を比較
して合焦位置を推測する。これにより、逆フーリエ変換
を行って復元画像データを得てから合焦位置評価を行う
ものより、迅速に合焦位置を推測できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子カメラの合焦位置を
検出する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、被写体の光画像を、撮像レンズ，
絞り等の光学撮像系を介してＣＣＤ等の固体撮像素子に
結像させ、該撮像素子により光電変換されて出力される
電気画像信号を、記録媒体に記録するように構成された
電子カメラが実用化されている。

【０００３】この種の電子カメラでは、被写体の光画像
を撮像レンズを介して固体撮像素子に結像させ、その撮
像素子で光電変換して得られた電気画像信号を処理して
外部に出力する。これらのカメラの自動合焦位置検出
(ＡＦ) の方法の１つとして、画像復元の技術を応用し
たものが開発されている (特開平４−１９８０) 。この
ＡＦは、本質的にパララックス (視差) が存在せず、ま
た、被写体深度が浅い場合や遠方の被写体でも精度良く
焦点を合わせられる。しかも、専用のセンサを設ける必
要もない。その上１回の撮像で合焦位置の推測ができ
る。

【０００４】従来のＡＦの基本動作について説明する。
まず、合焦評価値の算出方法を示す。線形システムにお
いて、インパルス応答ｇ (ｘ) がシフトインバリアント
な場合は、入力ｆ (ｘ) に対するシステム出力ｃ (ｘ)
は以下のようにコンボリューションで表せる。ｃ (ｘ) ＝ｆ (τ) ・ｇ (ｘ−τ) ｄτ (１) この関係は、フーリエ空間においては、フーリエ変数を
用いて表すと以下のような積の形になる。

【０００５】Ｃ (ｕ) ＝Ｆ (ｕ) ・Ｇ (ｕ) (２) レンズ等の光学系を始めとする種々の結像系に対して
は、このようなシフトインバリアントな線形システムと
して通常取り扱われる。よって、インパルス応答、即
ち、点像分布関数ｇ (ｘ) が分かっているならば、フー
リエ空間において、Ｈ (ｕ) ＝１／Ｇ (ｕ) (３) で表せるインバースフィルタを (２) 式のＣ (ｕ) に乗
じれば、Ｆ (ｕ) 即ちｆ(ｘ) が求められる。

【０００６】また、上述したことは、二次元の場合にも
適用でき、その場合 (２) 式は以下のようになる。Ｃ (ｕ，ｖ) ＝Ｆ (ｕ，ｖ) ・Ｇ (ｕ，ｖ) (４) 以上の理論を用い、具体的な合焦位置検出方法を以下に
述べる。図７は、この従来例を示すブロック図である。
事前にレンズ等の光学系の焦点及び焦点からある刻みで
レンズを移動させたときの各レンズ位置でのＧｉ (ｕ，
ｖ) (ｇｉ (ｘ，ｙ) をフーリエ変換したもの) を求
め、記憶しておく。

【０００７】次に、１画面分の画像データ［ｃ (ｘ，
ｙ) ］を取り込み、この画像データｃ (ｘ，ｙ) をフー
リエ変換する［Ｃ (ｕ，ｖ) ］。その後、各レンズ位置
でのＧｉ (ｕ，ｖ) で割り、フーリエ逆変換を施し、各
レンズ位置での復元画像データｆｉ (ｘ，ｙ) を求め
る。このｆｉ (ｘ，ｙ) のマイナスの値の合計 (エラー
値Ｅｉ) を算出する。このエラー値を比較し、合焦位置
の検出を行い、フォーカスレンズを駆動し、フォーカス
調整を行う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記Ａ
Ｆの動作を行う場合、画像を取り込んだ後にフーリエ変
換を施し、割り算を行い、その後フーリエ逆変換を行い
復元画像データを求め、その後焦点評価値を求めるの
で、計算量が多くなり、迅速なＡＦができない。本発明
は、上記の事情に鑑みなされたもので、合焦位置の検出
をより迅速に行えるようにした電子カメラの合焦位置検
出装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため本発明に係る電
子カメラの合焦位置検出装置は、レンズ位置を変えたと
きの各レンズ位置における画像復元用のデータを記憶す
る画像復元用データ記憶手段と、１画面分又はその一部
の撮像データを前記画像復元用データ記憶手段に記憶さ
れた画像復元用データに基づいて前記複数点のレンズ位
置毎に復元される画像中の低周波成分を復元処理途中で
抽出する復元画像低周波成分抽出手段と、該抽出された
復元画像中の低周波成分からレンズ位置毎の評価値を求
め、各評価値を比較して合焦位置を推測する合焦位置推
測手段と、を含んで構成したことを特徴とする。

【００１０】また、前記画像復元用データ記憶手段は、
撮像系の点像分布関数又はそれを変換処理して得られる
関数の算出式、または焦点位置及びその前後のレンズ位
置で複数点実験的に求めたデータ値を画像復元用データ
として記憶する構成としてもよい。また、前記復元画像
低周波成分抽出手段は、前記画像復元用データに基づい
てフーリエ変換を施して行われる画像復元処理の途中で
復元画像に対してフーリエ変換されたデータから復元画
像における低周波成分を抽出する構成としてもよい。

【００１１】また、前記合焦位置推測手段は、前記復元
画像中の低周波成分のレベル値を画像全体の総レベル値
で正規化したものを評価値とする構成としてもよい。ま
た、前記合焦位置推測手段は、復元画像中の低周波成分
のうち、直流成分のみを評価値として使用する構成とし
てもよい。

【００１２】

【作用】復元画像低周波成分抽出手段は、１画面分又は
その一部の撮像データを画像復元用データ記憶手段に記
憶された画像復元用データを用いてレンズ位置毎に画像
復元処理を行う途中で、復元画像中に含まれる低周波成
分を抽出する。そして、レンズが合焦位置にあるときの
復元画像は、ノイズ (高周波成分) が少なくなる結果、
低周波成分が最も多くなることにより、合焦位置推測手
段が前記抽出された復元画像中の低周波成分からレンズ
位置毎の評価値を求め、各評価値を比較して合焦位置を
推測する。

【００１３】前記画像復元用データとしては、撮像系の
点像分布関数又はそれを変換処理して得られる関数の算
出式を用いればよく、または焦点位置及びその前後のレ
ンズ位置で複数点実験的に求めたデータ値を用いてもよ
い。また、具体的には前記復元画像低周波成分抽出手段
は、前記画像復元用データに基づいてフーリエ変換を施
して行われる画像復元処理の途中で復元画像に対してフ
ーリエ変換されたデータから復元画像における低周波成
分を抽出することにより、逆フーリエ変換を施して復元
画像を得る前に低周波成分を抽出することができる。

【００１４】また、前記復元画像中の低周波成分のレベ
ル値を画像全体の総レベル値で正規化したものを評価値
とすることにより、低周波成分の発生割合として評価で
きるから精度の高い評価を行える。また、画像復元処理
上、撮像時のレンズ位置における復元画像中に含まれる
低周波成分は最大となるので、この最大の低周波成分の
レベル値に対して各レンズ位置の復元画像中の低周波成
分のレベル値を正規化して評価値とすることができ、こ
の場合には画像全体のデータについて演算を行う必要が
ないので、迅速な合焦位置推測を行える。

【００１５】また、前記合焦位置推測手段は、復元画像
中の低周波成分のうち、直流成分のみを評価値として使
用すれば、演算量を減らすことができ、迅速な合焦位置
推測を行える。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図２は本
発明に係る電子カメラの合焦位置検出装置の実施例のハ
ードウエアの構成を示す。図において、撮像レンズ１，
フォーカスレンズ２，絞り３等を備えた光学撮像系を介
して得られた被写体の光画像は、撮像手段としての固体
撮像素子例えばＣＣＤ４上に結像される。前記フォーカ
スレンズ２及び絞り３は、レンズ駆動回路５及びアイリ
ス駆動回路６により夫々駆動される。前記ＣＣＤ４では
結像された光画像を光電変換して電荷量に変換し、ＣＣ
Ｄ駆動回路７からの転送パルスによってアナログ電気画
像信号として出力する。出力されたアナログ電気画像信
号は、ＣＤＳ (相関二重サンプリング回路) でノイズを
軽減され、ＡＧＣ(増幅回路) で増幅され (ＣＤＳ／Ａ
ＧＣ８) 、Ａ／Ｄ変換器９でデジタル画像信号に変換さ
れた後、プロセス回路10に出力される。前記プロセス回
路10では、デジタル電気画像信号は輝度信号と色差信号
又は色信号等の画像信号 (ビデオ信号) に変換され、圧
縮回路11、デジタルＡＦ評価器12に出力される。前記圧
縮回路11では、前記画像信号 (ビデオ信号) の符号化，
量子化を行い、データ量を減らし、記録回路13を介して
記録媒体例えばＰＣカード14に記録する。尚、本実施例
ではプロセス処理後のビデオ信号を圧縮しているが、Ａ
／Ｄ変換器９直後の信号等を圧縮する構成であってもよ
い。デジタルＡＦ評価器12はプロセス回路10で作成され
た信号 (例えば輝度信号) を用い、合焦位置の検出の計
算を行う。この結果を用い、合焦位置にフォーカスレン
ズを駆動する。尚、本実施例ではプロセス処理後の信号
を用いて合焦位置の検出を行う構成であってもよいし、
プロセス回路の処理中の信号を用いる構成であってもよ
い。メインＣＰＵ15は、前記諸回路の制御を行う。ま
た、メインＣＰＵで圧縮やＡＦ評価を行う構成としても
よい。

【００１７】合焦位置検出方法としては、画像を１画面
取込み、その画像のデータを用い、レンズ位置毎に合焦
評価値を求め、該合焦評価値が示すレンズ位置にフォー
カスレンズ２をレンズ駆動回路５を介して駆動して、合
焦位置を得るという方法を用いる。以下に具体的な合焦
評価値の算出方法を示す。従来例で既述したように、イ
ンパルス応答、即ち、点像分布関数ｇ (ｘ) が分かって
いる場合は、入力をｆ (ｘ) 、それに対するシステム出
力をｃ (ｘ) とすれば、フーリエ空間においては、Ｆ (ｕ) ＝Ｃ (ｕ) ／Ｇ (ｕ) という関係が成り立つ。ここで、Ｆ (ｕ) はｆ (ｘ)
を、Ｇ (ｕ) はｇ (ｘ) を、Ｃ (ｕ) はｃ (ｘ) を夫々
フーリエ変換したものである。

【００１８】また、上述したことは、二次元の場合にも
適用でき、その場合は以下に示すようになる。Ｃ (ｕ，ｖ) ＝Ｆ (ｕ，ｖ) ・Ｇ (ｕ，ｖ) 以上の理論を用い、具体的な合焦位置検出方法を以下に
述べる。図３がこの実施例を示すブロック図である。ま
ず、事前にレンズ等の光学系の焦点及び焦点からある刻
みでレンズを移動させたときの各レンズ位置での点像分
布回数ｇｉ (ｘ，ｙ) (ｉ＝１，・・ｎ) を求める。
それをフーリエ変換したＧｉ ( ｕ，ｖ) を求め、ＲＯ
Ｍ等の記憶手段に記憶しておく。このときＧｉ ( ｕ，
ｖ) の逆数Ｈｉ ( ｕ，ｖ) を記憶させる構成としても
よい。レンズ一体型カメラのときはカメラ製造時にデー
タを書き込めばよい。そうでないときは、レンズ交換の
度にデータを求め、記憶すればよい。また、レンズ１つ
１つにＥＥＰＲＯＭ等の記憶手段を付け、レンズ製造時
等に予めレンズデータを記憶させる構成とする。ここで
は、各レンズ位置でのデータを記憶する構成としている
が、算出式などを記憶しておき、その都度各々のレンズ
位置でのデータを算出する構成としてもよい。

【００１９】次に、１画面分の画像データを取り込む
［ｃ (ｘ，ｙ) ］。この画像データｃ (ｘ，ｙ) をフー
リエ変換する［Ｃ (ｕ，ｖ) ］。その後、各レンズ位置
でのＧｉ ( ｕ，ｖ) で割る。ここでフーリエ逆変換を
施せば、各レンズ位置での復元画像データｆｉ ( ｘ，
ｙ) が求められる。Ｆｉ ( ｕ，ｖ) を求めるとき、Ｇ
ｉ ( ｕ，ｖ) で割るのではなく、Ｈｉ (ｕ，ｖ) を掛
けるなどの他の方法を用いる構成としてもよい。このＦ
ｉ (ｕ，ｖ) から合焦位置の評価値 (以下合焦評価値と
いう) を求める。Ｆｉ (ｕ，ｖ) は復元画像データｆｉ
(ｘ，ｙ) をフーリエ変換したものなので、復元画像を
周波数分解したものとしても考えられる。焦点位置でな
いＧｉ (ｕ，ｖ) を用いると、復元画像に含まれる低周
波成分は非常に少なくなるので、これを用いて合焦評価
値を求める。

【００２０】具体的な合焦位置算出方法の例を示す。Ｆ
ｉ (ｕ，ｖ) を図４に示すような形のデータだとする。
このとき画像の水平方向に関しては左にいけば低周波成
分を表し、垂直方向に関しては上にいけば低周波成分を
表すものとする。よってこのデータの左上のデータ (図
４の太枠の部分) の絶対値の合計を全体のデータの絶対
値の合計で正規化してやれば、復元画像データ中の低周
波成分の割合が求まる。復元画像は低周波成分が多いほ
ど正しい焦点位置で復元されたことになるので(高周波
成分はノイズに埋もれてしまう) 、このデータ (合焦評
価値) が最も大きくなる値の焦点位置を合焦位置とす
る。

【００２１】各レンズ位置での評価値を求めると、おお
よそ図５のようになる (図はレンズが合焦位置からプラ
ス方向に0.5 mmずれている例) 。これを比較することに
より、今のレンズ位置が合焦位置からどの位離れている
かがすぐ分かる。こうして合焦位置を推測し、フォーカ
スレンズを合焦位置に移動する。但し、注意しなければ
ならないのは、レンズ位置からの距離が０のところで
は、当該レンズ位置が合焦位置からずれていようがいま
いが、合焦評価値が大きな値をとってしまうことであ
る。これは画像復元上なってしまうことなので、レンズ
からの距離が０のところ以外のところで合焦評価値に大
きい値があれば、その位置が真の合焦位置と判断するよ
うにする。他の位置に大きい値の合焦評価値がなけれ
ば、現在のレンズ位置が正しい合焦位置であると判断す
るようにする。

【００２２】前記の例では合焦評価値として、画像の低
周波成分の和を画像全体のデータの合計で正規化したも
のを用いたが、別の実施例としては、レンズからの距離
が０のときの低周波成分で、夫々のレンズの位置での低
周波成分のデータを正規化し、合焦評価値を求める方法
がある。この方法を用いると、画像全体のデータについ
て演算を行う必要がなくなるので、迅速な合焦位置検出
ができる。

【００２３】前記の例では合焦評価値として低周波成分
の和を用いたが、直流成分のみを用いる構成を示す。１
つの実施例としては、直流成分 (図４の一番左上のデー
タ)の値を全体のデータの絶対値の合計で正規化し、合
焦評価値を求める方法である。別の実施例としては、全
体のデータのピーク値で直流成分のデータを正規化し、
合焦評価値を求める方法である。これらの方法を用いる
ことで、演算量を減らすことが可能となる。ここで、若
し直流成分にマイナスの値が出てきたら、そのレンズ位
置は合焦位置でないと判断する構成としてもよい。

【００２４】上述した方法を用いると、Ｆｉ (ｕ, ｖ)
にフーリエ逆変換を施す必要がなくなり、迅速な合焦位
置検出が可能となる。上述した方法を実現するための、
デジタルＡＦ評価器の内部構成の例を図６に示す。評価
回路は演算回路21、ＲＡＭ22、ＲＯＭ23等で実現でき
る。ＲＯＭ23は各レンズ位置での点像分布関数を記憶し
ておくところである。ＲＡＭ22は取り込んだ画像を一時
的に蓄えておくところである。演算回路21は上述したよ
うな計算を行う回路である。演算回路21の演算速度が取
り込む画像のスピードに対して充分早いならば、ＲＡＭ
22は必要としない。また、ＲＯＭ23もＣＰＵ15内のＲＯ
Ｍで代用できるのであれば、専用のものはいらない。Ｒ
ＡＭ22に関しても同様であり、何かで代用できるのであ
れば専用のものは必要としない。また、エアフローメー
タ回路で上述した処理をする構成としたが、それらの一
部、又は全てを別の回路 (他の処理に用いているもの)
を流用したり、ＣＰＵなどでソフト的に処理を行っても
よい。

【００２５】また、実施例では１画面分のデータを扱い
合焦位置を推測したが、測距エリア(合焦位置推測に用
いるデータの範囲) を縮小する構成としてもよい。そう
することにより、目的以外の被写体に合焦することもな
くなる。また、フーリエ変換は、測距エリア全体を１つ
のエリアとして施してもよいし、測距エリアをいくつか
のエリアに分けて施してもよい。分けて施した方が処理
速度の上で向上を期待できる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、撮像データからレンズ位置毎の画像復元を行う途中
で復元画像中の低周波成分を抽出し、それによって合焦
位置を評価して推測することにより、復元画像データか
ら評価するより短時間で精度良く合焦位置を推測するこ
とができ、より早く、より正確にＡＦ動作を行えるもの
である。

【００２７】また、画像復元用データとして、撮像系の
点像分布関数又はそれを変換処理して得られる関数の算
出式、または焦点位置及びその前後のレンズ位置で複数
点実験的に求めたデータ値を用いることで、精度のよい
画像復元処理を行える。また、具体的には復元画像に対
してフーリエ変換されたデータから復元画像における低
周波成分を抽出することにより、逆フーリエ変換を施し
て復元画像を得る前に低周波成分を抽出することができ
る。

【００２８】また、前記復元画像中の低周波成分のレベ
ル値を画像全体の総レベル値で正規化したものを評価値
とすることにより、低周波成分の発生割合として評価で
きるから精度の高い評価を行える。また、撮像時のレン
ズ位置における復元画像中に含まれる低周波成分のレベ
ル値に対して各レンズ位置の復元画像中の低周波成分の
レベル値を正規化して評価値とすることにより、画像全
体のデータについて演算を行う必要なく、迅速な合焦位
置推測を行える。

【００２９】また、復元画像中の低周波成分のうち、直
流成分のみを評価値として使用する構成とすることによ
り、演算量を減らすことができ、迅速な合焦位置推測を
行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。

【図２】本発明に係る電子カメラの合焦位置検出装置の
実施例のハードウエアの構成を示すブロック図。

【図３】同上実施例の合焦位置推測方法を示すブロック
図。

【図４】合焦位置推測に使用される撮像データの周波数
分解の一例を示す図。

【図５】同上実施例による合焦位置評価値の算出例を示
すグラフ。

【図６】同上実施例のＡＦ評価器のハードウエアの構成
を示すブロック図

【図７】合焦位置推測方法の従来例を示すブロック図。

【符号の説明】

２フォーカスレンズ４ＣＣＤ５レンズ駆動回路 12 ＡＦ評価器 15 メインＣＰＵ 21 演算回路 22 ＲＡＭ 23 ＲＯＭ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体の光画像を撮像レンズを介して撮像
素子に結像させ、該撮像素子により光電変換された電気
画像信号を処理して外部に出力し、又は記録手段に記録
する構成の電子カメラにおいて、レンズ位置を変えたときの各レンズ位置における画像復
元用のデータを記憶する画像復元用データ記憶手段と、１画面分又はその一部の撮像データを前記画像復元用デ
ータ記憶手段に記憶された画像復元用データに基づいて
前記複数点のレンズ位置毎に復元される画像中の低周波
成分を抽出する復元画像低周波成分抽出手段と、該抽出された復元画像中の低周波成分からレンズ位置毎
の評価値を求め、各評価値を比較して合焦位置を推測す
る合焦位置推測手段と、を含んで構成したことを特徴とする電子カメラの合焦位
置検出装置。
【請求項２】前記画像復元用データ記憶手段は、撮像系
の点像分布関数又はそれを変換処理して得られる関数の
算出式、または焦点位置及びその前後のレンズ位置で複
数点実験的に求めたデータ値を画像復元用データとして
記憶することを特徴とする請求項１に記載の電子カメラ
の合焦位置検出装置。
【請求項３】前記復元画像低周波成分抽出手段は、前記
画像復元用データに基づいてフーリエ変換を施して行わ
れる画像復元処理の途中で復元画像に対してフーリエ変
換されたデータから復元画像における低周波成分を抽出
することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電
子カメラの合焦位置検出装置。
【請求項４】前記合焦位置推測手段は、前記復元画像中
の低周波成分のレベル値を画像全体の総レベル値で正規
化したものを評価値とすることを特徴とする請求項１〜
請求項３のいずれか１つに記載の電子カメラの合焦位置
検出装置。
【請求項５】前記合焦位置推測手段は、前記復元画像中
の低周波成分のレベル値を撮像時のレンズ位置における
復元画像中に含まれる低周波成分のレベル値で正規化し
たものを評価値とすることを特徴とする請求項１〜請求
項３のいずれか１つに記載の電子カメラの合焦位置検出
装置。
【請求項６】前記合焦位置推測手段は、復元画像中の低
周波成分のうち、直流成分のみを評価値として使用する
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに
記載の電子カメラの合焦位置検出装置。