JPH09230224A - 焦点状態判定方法、自動焦点方法および自動焦点装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な光学系をセンサ系を必要としないで焦
点を自動的に合せることが出来る自動焦点装置を提供す
る。 【解決手段】 ヒストグラム計測回路７は、画像中に設
定された対象領域内の画素の画素値のヒストグラムを作
成する。ＣＰＵ８は、上限閾値以上のヒストグラムの頂
部分をカットし、且つ、下限閾値以下のヒストグラムの
裾部分をカットして、焦点状態評価用ヒストグラムを求
める。制御回路１０は、焦点状態評価用ヒストグラムの
面積が最大となるように、レンズＳの位置を制御する。 【効果】 撮像装置に特別な光学系やセンサ系を要さず
に焦点を自動調節でき、侵入者監視装置，移動物体監視
装置などに有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焦点状態判定方
法、自動焦点方法および自動焦点装置に関し、さらに詳
しくは、複雑な光学系をセンサ系を必要としないで画像
の焦点状態を判定することが出来る焦点状態判定方法お
よびその焦点状態判定方法を利用して自動的に撮像装置
の焦点を合せることが出来る自動焦点方法および自動焦
点装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の瞳分割位相差検出方式の
自動焦点装置の一例（米国特許番号第３，８７５，４０
１号）を模式的に示した構成図である。この自動焦点装
置５００において、被写体Ｈからの光束Ｆ１，Ｆ２，Ｆ
３は、偏光面が上下に２分割された円形偏光板５１で異
なる方向に偏光され、レンズＳを通った光束が検出セン
サ部５０１に入射される。前記検出センサ部５０１で
は、ハーフミラー５２で反射光（上向きの方向）と，透
過光とに分ける。偏光フィルタ５３は、前記反射光のう
ち、前記円形偏光板５１の上部偏光面で偏光された光束
だけを、センサ素子５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄか
らなる第１センサアレイに受光させる。また、偏光フィ
ルタ５５は、前記透過光のうち、前記円形偏光板５１の
下部偏光面で偏光された光束だけを、センサ素子５６
ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄからなる第２センサアレイ
に受光させる。前記センサ素子５４ａ，５６ａからの検
出信号は、差動増幅器５７ａを介して、絶対値回路５８
ａに入力され、検出信号のレベル差に応じた差信号が生
成される。同様に、前記センサ５４ｂ，５６ｂと、前記
センサ５４ｃ，５６ｃと、前記センサ５４ｄ，５６ｄか
らの検出信号は、それぞれ、差動増幅器５７ｂ，５７
ｃ，５７ｄを介して、絶対値回路５８ｂ，５８ｃ，５８
ｄに入力され、差信号が生成される。検出回路５９は、
前記絶対値回路５８ａ〜５８ｄからの差信号の大きさの
総計を検出する。制御回路６０は、前記総計が最小とな
るように、前記レンズＳ（および前記円形偏光板５１）
の位置を制御する。

【０００３】図６は、従来のコントラスト検出方式の自
動焦点装置の一例の基本原理を示す説明図である。図６
の（ａ）〜（ｃ）に示すように、被写体Ｈからの光束Ｆ
ａ，Ｆｂは、レンズＳを通って、撮像面等価位置に配置
されたＣＣＤセンサ７１と，それよりややレンズ側に配
置されたＣＣＤセンサ７１Ｌと，やや反レンズ側に配置
されたＣＣＤセンサ７１Ｒに入射される。前記ＣＣＤセ
ンサ７１，７１Ｌ，７１Ｒは、縦方向に配列された１２
個の受光画素を有する。図６の（ａ）は、被写体Ｈより
後方に焦点が合っている状態すなわち後ピン時における
光束Ｆａ，Ｆｂの進路および結像状態を示している。図
７の（ａ）に示すように、結像の鮮鋭度（コントラス
ト）は、ＣＣＤセンサ７１Ｒのものが最も高く、ＣＣＤ
センサ７１，７１Ｌの順に低くなる。図６の（ｂ）は、
合焦点時における光束Ｆａ，Ｆｂの進路および結像状態
を示している。図７の（ｂ）に示すように、結像の鮮鋭
度は、ＣＣＤセンサ７１のものが最も高く、ＣＣＤセン
サ７１Ｌ，７１Ｒはやや低くなる。図６の（ｃ）は、被
写体Ｈより前方に焦点があっている状態すなわち前ピン
時における光束Ｆａ，Ｆｂの進路および結像状態を示し
ている。図７の（ｃ）に示すように、結像の鮮鋭度は、
ＣＣＤセンサ７１Ｌのものが最も高く、ＣＣＤ７１，７
１Ｒの順に低くなる。したがって、前記ＣＣＤセンサ７
１，７１Ｌ，７１Ｒからの画像信号の高周波成分を抽出
し、撮像面等価位置での高周波成分の振幅が最大となる
ように前記レンズＳの位置を制御することで、合焦点に
することが出来る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図５を参照して説明し
た瞳分割位相差検出方式の自動焦点装置５００では、円
形偏光板５１や，ハーフミラー５２や，偏光フィルタ５
３，５５などからなる複雑な光学系が必要となる問題点
がある。また、図６，図７を参照して説明したコントラ
スト検出方式の自動焦点装置では、３つのＣＣＤセンサ
７１，７１Ｌ，７１Ｒが必要であり、複雑なセンサ系が
必要となる問題点がある。なお、１つのＣＣＤセンサで
等価的に３つのＣＣＤセンサの働きをさせることも可能
であるが、そのための複雑な構成（例えば圧電素子な
ど）が必要となる問題点がある。そこで、本発明の目的
は、複雑な光学系をセンサ系を必要としないで画像の焦
点状態を判定することが出来る焦点状態判定方法および
その焦点状態判定方法を利用して自動的に撮像装置の焦
点を合せることが出来る自動焦点方法および自動焦点装
置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の観点では、本発明
は、画像中の各画素の画素値のヒストグラムを求め、そ
のヒストグラムに基づいて当該画像の焦点状態を判定す
ることを特徴とする焦点状態判定方法を提供する。焦点
が合っている画像では、分解能が高くなるため、一般に
各画素が異なった画素値になりやすい。一方、焦点が合
っていない画像では、分解能が低くなるため、一般に各
画素が同じような画素値になりやすい。そこで、画像中
の各画素の画素値のヒストグラムを求めると、焦点が合
っている画像のヒストグラムは分布が広くなり、焦点が
合っていない画像のヒストグラムは分布が狭くなる。す
なわち、画素値のヒストグラムから焦点状態を判定する
ことが出来る。そして、このようなヒストグラム方式の
焦点状態判定方法では、複雑な光学系をセンサ系を必要
としないため、通常のＩＴＶカメラの画像の焦点状態を
判定することも可能となる。なお、従来の瞳分割位相差
検出方式やコントラスト検出方式では、通常のＩＴＶカ
メラの画像の焦点状態を判定することは出来ない。

【０００６】第２の観点では、本発明は、撮像装置によ
り得られた画像中の各画素の画素値のヒストグラムを求
め、そのヒストグラムに基づいて焦点状態を判定し、合
焦点状態となるように撮像装置の焦点を調節することを
特徴とする自動焦点方法を提供する。焦点が合っている
画像では、分解能が高くなるため、一般に各画素が異な
った画素値になりやすい。一方、焦点が合っていない画
像では、分解能が低くなるため、一般に各画素が同じよ
うな画素値になりやすい。そこで、画像中の各画素の画
素値のヒストグラムを求めると、焦点が合っている画像
のヒストグラムは分布が広くなり、焦点が合っていない
画像のヒストグラムは分布が狭くなる。すなわち、画素
値のヒストグラムから焦点状態を判定することが出来
る。そして、ヒストグラムは分布が広くなるように焦点
を調整すれば、撮像装置の焦点を自動的に合せることが
出来る。このようなヒストグラム方式の自動焦点方法で
は、複雑な光学系をセンサ系を必要としないため、通常
のＩＴＶカメラの焦点を自動的に合せることも可能とな
る。なお、従来の瞳分割位相差検出方式やコントラスト
検出方式では、通常のＩＴＶカメラの焦点を自動的に合
せることは出来ない。

【０００７】第３の観点では、本発明は、画像中の各画
素の画素値をＧとし且つ画素値Ｇの出現度数をＮ（Ｇ）
とし且つ合焦点状態でのヒストグラムにおける出現度数
Ｎ（Ｇ）の最大値よりも小さい上限閾値をＡ１とし且つ
その上限閾値Ａ１よりも小さい下限閾値をＡ２とすると
き、撮像装置により得られた画像中の各画素の画素値Ｇ
のヒストグラムを求め、Ｎ（Ｇ）≧Ａ１となる画素値Ｇ
に対しては焦点状態評価用度数Ｎｆ（Ｇ）＝Ａ１とし，
Ｎ（Ｇ）≦Ａ２となる画素値Ｇに対しては焦点状態評価
用度数Ｎｆ（Ｇ）＝０とし，Ａ２＜Ｎ（Ｇ）＜Ａ１とな
る画素値Ｇに対しては焦点状態評価用度数Ｎｆ（Ｇ）＝
Ｎ（Ｇ）として焦点状態評価用ヒストグラムを求め、そ
の焦点状態評価用ヒストグラムの面積が最大となるよう
に撮像装置の焦点を調節することを特徴とする自動焦点
方法を提供する。焦点が合っている画像では、分解能が
高くなるため、一般に各画素が異なった画素値になりや
すい。一方、焦点が合っていない画像では、分解能が低
くなるため、一般に各画素が同じような画素値になりや
すい。そこで、画像中の各画素の画素値のヒストグラム
を求めると、焦点が合っている画像のヒストグラムは出
現度数Ｎ（Ｇ）の最大値が小さくなり且つ分布が広くな
り、焦点が合っていない画像のヒストグラムは出現度数
Ｎ（Ｇ）の最大値が大きくなり且つ分布が狭くなる。こ
こで、ヒストグラムの上限閾値Ａ１以上の頂部分をカッ
トし且つヒストグラムの下限閾値Ａ２以下の裾部分をカ
ットして焦点状態評価用ヒストグラムを求めると、焦点
が合っている画像の焦点状態評価用ヒストグラムは面積
が大きくなり、焦点が合っていない画像の焦点状態評価
用ヒストグラムは面積が小さくなる。よって、焦点状態
評価用ヒストグラムの面積が最大となるように焦点を調
節すれば、撮像装置の焦点を自動的に合せることが出来
る。このようなヒストグラム方式の自動焦点方法では、
複雑な光学系をセンサ系を必要としないため、通常のＩ
ＴＶカメラの焦点を自動的に合せることも可能となる。
なお、従来の瞳分割位相差検出方式やコントラスト検出
方式では、通常のＩＴＶカメラの焦点を自動的に合せる
ことは出来ない。

【０００８】第４の観点では、本発明は、撮像装置
（Ｔ）により得られた画像内で対象領域を指定するため
の対象領域指定手段（３，５）と、前記対象領域内の各
画素の画素値のヒストグラムを求めると共にそのヒスト
グラムに基づいて焦点状態を判定する焦点状態判定手段
（７，８）と、その焦点状態判定手段（７，８）の判定
結果に基づいて合焦点状態となるように撮像装置（Ｔ）
の焦点を調節する焦点調節手段（１０，１２）とを具備
したことを特徴とする自動焦点装置（１００）を提供す
る。上記第４の観点による自動焦点装置（１００）で
は、上記第２の観点による自動焦点方法を実施するか
ら、複雑な光学系やセンサ系を必要とすることなく撮像
装置の焦点を自動的に合せることが出来る。また、指定
した対象領域内の画素だけを対象として処理するため、
画像中の一部のみに焦点を合せることも可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図に示す実施形態により本
発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明
が限定されるものではない。

【００１０】図１は、本発明の一実施形態の自動焦点装
置を示す構成図である。この自動焦点装置１００は、前
処理回路２と，対象領域設定回路３と，表示部４と，ジ
ョイスティック５と，ヒストグラム計測回路７と，ＣＰ
Ｕ８と，制御回路１０と，レンズ移動用モータ１２と，
レンズ位置検出器１３とを具備して構成されている。

【００１１】前処理回路２は、被写体ＨをＩＴＶカメラ
Ｔにより撮像して得られた画像Ｃに対してノイズ除去処
理などの前処理を施し、対象領域設定回路３およびヒス
トグラム計測回路７に入力する。対象領域設定回路３
は、画像および対象領域設定用枠を表示部４に表示す
る。操作者は、表示部３の画像および対象領域設定用枠
を見ながらジョイスティック５を操作し、被写体Ｈを対
象領域設定用枠で囲むように対象領域設定用枠の位置と
サイズを調整して対象領域を設定する。対象領域設定回
路３は、設定された対象領域をヒストグラム計測回路７
に伝える。ヒストグラム計測回路７は、画像の対象領域
内の画素の画素値Ｇの出現度数Ｎ（Ｇ）をカウントし、
ヒストグラムを作成し、ＣＰＵ８に渡す。

【００１２】図２に、ヒストグラムを例示する。説明の
都合上、画素値Ｇの取りうる範囲が“０”〜“２５５”
とする（画素値Ｇが８ビットで表されるものとする）。
図２の（ａ）に示すように、著しい離焦点状態では、ぼ
けにより画像の各部の差がほとんどなくなるため、どの
画素でも同じような画素値となる。このため、画素値の
分布が狭くなり、出現度数Ｎ（Ｇ）の最大値は大きくな
る。図２の（ｂ）に示すように、やや離焦点状態では、
ぼけてはいても画像の各部の差が出てくるため、画素値
の分布がやや広くなり、出現度数Ｎ（Ｇ）の最大値はや
や小さくなる。図２の（ｃ）に示すように、合焦点状態
では、画像の各部の差が最大になるため、画素値の分布
が広くなり、出現度数Ｎ（Ｇ）の最大値は小さくなる。

【００１３】ＣＰＵ８は、対象領域内の全画素数をＮｓ
とするとき、 Ｎａｖｅ＝Ｎｓ／２５５ により、出現度数Ｎ（Ｇ）の平均値Ｎａｖｅを求め、所
定の上限係数をη（０＜η≦１）とするとき、 Ａ１＝η×Ｎａｖｅ により、上限閾値Ａ１を求め、所定の下限係数をζ（０
＜ζ＜η）とするとき、 Ａ２＝ζ×Ｎａｖｅ により、下限閾値Ａ２を求める。次に、ＣＰＵ８は、Ｎ
（Ｇ）≧Ａ１ならば、Ｎｆ（Ｇ）＝Ａ１、Ａ１＞Ｎ
（Ｇ）＞Ａ２ならば、Ｎｆ（Ｇ）＝Ｎ（Ｇ）、Ｎ（Ｇ）
≦Ａ２ならば、Ｎｆ（Ｇ）＝０、により焦点状態評価用
度数Ｎｆ（Ｇ）を求め、焦点状態評価用ヒストグラムを
作成する。図３の（ａ）〜（ｃ）に、図２の（ａ）〜
（ｃ）にそれぞれ対応する焦点状態評価用ヒストグラム
を例示する。さらに、ＣＰＵ８は、 α＝Ｎｆ（０）＋Ｎｆ（１）＋Ｎｆ（２）＋…＋Ｎｆ
（２５５） により、前記焦点状態評価用ヒストグラムの面積αを求
め、制御回路１０に渡す。

【００１４】制御回路１０は、レンズ移動用モータ１２
を駆動し、前記面積αが最大となるようにレンズＳを移
動させる。図３の（ａ）〜（ｃ）の例では、レンズＳの
位置は、面積α１＜α２＜α３であるから、面積α３の
焦点状態の位置に収束する。すなわち、合焦点状態に収
束する。図４に、レンズ位置と面積αの一般的な関係の
グラフを示す。

【００１５】ＣＰＵ８は、面積αが最大値に収束したと
きのレンズ位置をレンズ位置検出器１３から取得して、
そのレンズ位置から被写体Ｈまでの距離Ｌを算出し、出
力する。

【００１６】なお、想定しうる距離Ｌの最小距離または
最大距離に対応する位置またはレンズＳの機械的な移動
限界にレンズＳの初期位置を合わせておけば、レンズ移
動を一方向にすることが出来て効率的である。

【００１７】以上の説明から理解されるように、上記自
動焦点装置１００によれば、通常のＩＴＶカメラＴの自
動焦点が可能となる。

【００１８】

【発明の効果】本発明の焦点状態判定方法、自動焦点方
法および自動焦点装置によれば、撮像装置に特別な光学
系やセンサ系を要さずに、焦点状態を判定したり，焦点
を自動調節したりすることが出来る。そこで、特に、侵
入者監視装置，移動物体監視装置などに有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の自動焦点装置を示す構成
図である。

【図２】焦点状態の異なるヒストグラムの例示図であ
る。

【図３】焦点状態の異なる焦点状態評価用ヒストグラム
の例示図である。

【図４】焦点状態評価用ヒストグラムの面積のレンズ位
置に対する変化を示すグラフ図である。

【図５】従来の瞳分割位相差検出方式の自動焦点装置の
一例を示す構成図である。

【図６】従来のコントラスト検出方式の自動焦点装置の
基本的原理を示す説明図である。

【図７】従来のコントラスト検出方式の自動焦点装置に
おけるＣＣＤセンサ上の結像の鮮鋭度を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１００ 自動焦点装置 ２ 前処理回路 ３ 対象領域設定回路 ４ 表示部 ５ ジョイスティック ７ ヒストグラム計測回路 ８ ＣＰＵ １０ 制御回路 １２ レンズ移動用モータ １３ レンズ位置検出器 Ｈ 被写体 Ｓ レンズ Ｔ ＩＴＶカメラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像中の各画素の画素値のヒストグラム
   を求め、そのヒストグラムに基づいて当該画像の焦点状
   態を判定することを特徴とする焦点状態判定方法。
2. 【請求項２】 撮像装置により得られた画像中の各画素
   の画素値のヒストグラムを求め、そのヒストグラムに基
   づいて焦点状態を判定し、合焦点状態となるように撮像
   装置の焦点を調節することを特徴とする自動焦点方法。
3. 【請求項３】 画像中の各画素の画素値をＧとし且つ画
   素値Ｇの出現度数をＮ（Ｇ）とし且つ合焦点状態でのヒ
   ストグラムにおける出現度数Ｎ（Ｇ）の最大値よりも小
   さい上限閾値をＡ１とし且つその上限閾値Ａ１よりも小
   さい下限閾値をＡ２とするとき、撮像装置により得られ
   た画像中の各画素の画素値Ｇのヒストグラムを求め、Ｎ
   （Ｇ）≧Ａ１となる画素値Ｇに対しては焦点状態評価用
   度数Ｎｆ（Ｇ）＝Ａ１とし，Ｎ（Ｇ）≦Ａ２となる画素
   値Ｇに対しては焦点状態評価用度数Ｎｆ（Ｇ）＝０と
   し，Ａ２＜Ｎ（Ｇ）＜Ａ１となる画素値Ｇに対しては焦
   点状態評価用度数Ｎｆ（Ｇ）＝Ｎ（Ｇ）として焦点状態
   評価用ヒストグラムを求め、その焦点状態評価用ヒスト
   グラムの面積が最大となるように撮像装置の焦点を調節
   することを特徴とする自動焦点方法。
4. 【請求項４】 撮像装置（Ｔ）により得られた画像内で
   対象領域を指定するための対象領域指定手段（３，５）
   と、前記対象領域内の各画素の画素値のヒストグラムを
   求めると共にそのヒストグラムに基づいて焦点状態を判
   定する焦点状態判定手段（７，８）と、その焦点状態判
   定手段（７，８）の判定結果に基づいて合焦点状態とな
   るように撮像装置（Ｔ）の焦点を調節する焦点調節手段
   （１０，１２）とを具備したことを特徴とする自動焦点
   装置（１００）。