JPH0961705A - オートフォーカス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 テレビカメラのオートフォーカス制御を効率
的に行う。 【解決手段】 撮像装置からの特定画像領域における画
像信号の周波数成分を抽出する、複数の領域と複数のフ
ィルターにより複数の評価値を得る評価値算出部３４
と、評価値算出部３４による評価値に応じて撮像装置の
撮像レンズ駆動部３８，３９を制御する制御値を算出す
る信号処理部と、制御値を撮像レンズ駆動部３８，３９
に送出する出力部と、この複数の領域と複数のフィルタ
ーとの組み合わせによる複数の評価値の重み付け多数決
によって合焦点の探索方向を決定する制御プログラムを
具備するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はテレビカメラ等の撮
像装置のオートフォーカス装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のテレビカメラに代表される電気的
手段による撮像装置のオートフォーカス装置について図
４ないし図６を参照して説明する。

【０００３】従来から、テレビカメラで得られた画像信
号を数値化し計数処理をした後、撮像レンズのオートフ
ォーカス装置にフィードバックしてフォーカスを合わせ
る、図４に示すような回路構成のオートフォーカス装置
があった。

【０００４】輝度信号ＹはＡ／Ｄコンバータ１でサンプ
リングパルス発生回路１０よりのサンプリングパルスに
同期してデジタルデータに変換され、図６に示す如きデ
ジタルハイパスフィルター３で高周波成分を取り出し、
絶対値処理回路５において絶対値を求め、その出力を図
５に示す画面２０の評価領域の全域にわたって積分し、
オートフォーカスのための評価値を算出している。

【０００５】即ち、この積分は水平枠制御信号発生回路
７Ｈよりの水平方向の枠制御信号により設定された範囲
の水平ライン内の全データを加算回路６Ｈで加算し、そ
の後、垂直枠制御信号発生回路７Ｖよりの垂直方向の枠
制御信号により設定された範囲において、水平同期信号
発生回路８よりの水平同期信号で同期を取りながら垂直
方向に積分回路６Ｖで積分して、評価値を得るものであ
る。

【０００６】従来より様々な画像にたいしてオートフォ
ーカス動作がより良く行われるために、複数の評価領
域、例えば図５に示すような第１の評価領域２１、第２
の評価領域２２等の設定がなされてきた。これは上述し
た図４の回路構成中で水平方向の枠制御信号および垂直
方向の枠制御信号によって決定される。

【０００７】また、一方では図６に示すデジタルハイパ
スフィルター３も、様々なカットオフ周波数を有するハ
イパスフィルターを構成する。即ち、このデジタルハイ
パスフィルター３のＺ変換による伝達関数は、 （１−Ｚ^-1）／（１−ａＺ^-1） （１） で表記され、（１）式のａを種々な値にすることによ
り、様々な特性を得ている。従って、複数の評価領域と
複数のハイパスフィルターの組み合わせによって複数の
評価値を得、これに基づいてオートフォーカス動作が行
われてきた。

【０００８】上述したような複数の評価値を用いる第１
の理由は、１つの評価値だけでは大きく画像がぼけた状
態から合焦点までを制御することは困難であった。例え
ばフォーカスが合焦点付近にある場合、カットオフ周波
数の高いハイパスフィルターと小さい評価領域による評
価値が有効であるが、合焦点から大きく外れている場合
はフォーカスを多少動かしても変化が得られないことが
多く、従ってフォーカスの状態を判断することが困難に
なっていた。

【０００９】即ち、評価値の大きさだけでは合焦点にあ
るか否かは判断ができない。例えば高周波成分の少ない
画像の場合、たとえ合焦点であっても評価値は小さな値
となる。この場合、合焦点であるか否かはフォーカスを
前後に移動して評価値がどの様に変化したかを監視する
必要がある。

【００１０】カットオフ周波数の低いハイパスフィルタ
ーを用いた場合は大きくぼけた画像であってもフォーカ
ス移動に対して評価値の変化は得られ、合焦点方向にフ
ォーカスを進めることができる。しかし、このようにし
て求められた評価値は、一般に合焦点付近での焦点移動
に対する評価値の変化の割合は小さく、合焦点位置を特
定することが困難となっていた。つまり、一般に画像の
もつ空間周波数成分の大きさは周波数に反比例するもの
であって、周波数が高くなるにしたがって小さくなり、
低周波成分の多い大きくぼけた画像のわずかな高周波成
分の変化の検出は困難となるためである。

【００１１】また、大きくぼけた画像の評価値生成に有
効なカットオフ周波数の低いハイパスフィルターを用い
た場合は、広範囲からの情報を得る必要があるため、評
価領域は大きく取らなければならず、更に、カットオフ
周波数の高いハイパスフィルターを用いて評価領域の小
さな範囲での対象物を探索する場合は、実際には画像に
よって対象物の大きさは種々であり、従ってこれらに対
応するために大きさの異なる複数の評価領域が設定でき
るようになっている。

【００１２】従って、上述したようにオートフォーカス
動作のために一般には複数の評価値を必要としていた
が、どの時点でどの評価値を用いるかを判別することは
極めて困難であり、また、評価値の切り換えによって、
連続性の良いオートフォーカス動作を維持することがで
きなかった。また、連続性の良いオートフォーカス動作
を維持するためには、制御プログラムのなかで条件分岐
の数を多く取る必要があり、プログラムが複雑になると
共に、制御系の調整、保守、拡張を困難にしていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、テレビカメラ等、電子的手段による撮像装置のオー
トフォーカス動作における合焦点に近づく方向の探索
を、複数の評価値に対応した重み付けを用いることによ
って、高速で正確に行うことができるオートフォーカス
装置を提供しようとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明オートフォーカス
装置は撮像装置からの画像信号の特定画像領域における
画像の周波数成分を抽出する、複数の領域と複数のフィ
ルターの組み合わせによる複数の評価値を得る評価値算
出部と、この評価値算出部による評価値に応じて撮像装
置の撮像レンズ駆動部を制御する制御値を算出する信号
処理部と、制御値を撮像レンズ駆動部に送出する出力部
と、この複数の領域と複数のフィルターとの組み合わせ
による複数の評価値に対する重み付けと、評価値の条件
によって前記重み付け値を集計し、その集計結果による
多数決によって合焦点の探索方向を決定する制御プログ
ラムを具備するものである。

【００１５】斯る本発明によればフォーカスを動かした
際の複数の評価値の変化に対して重み付け多数決を取
り、合焦点の方向を決定する。また、制御プログラムに
おいて条件付き分岐の数が低減し、保守、拡張性を向上
させる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施例について図１，図
２及び図３を参照して説明する。本実施例の構成は図３
のブロック図に示すように、テレビカメラ等の撮像装置
の光学部は撮像レンズ３０と、ＣＣＤ等で構成される撮
像素子３１及び撮像レンズ３０を光軸方向に移動するモ
ータ３９を含んで構成されていて、この撮像素子３１か
らの画像信号は増幅回路３２で増幅、波形整形等がなさ
れた後、次段に続く信号処理回路３３で加工されて映像
信号として出力される。一方、この信号処理回路３３に
おいて画像信号から分離された輝度信号Ｙは評価算出回
路３４でオートフォーカスの基準となる信号を算出し、
ＣＰＵ３５で、この信号をもとにオートフォーカスの制
御信号を生成する。この制御信号はこのＣＰＵ３５から
モータ駆動回路３８を介してこのモータ３９に印加さ
れ、撮像レンズ３０の位置を移動する。

【００１７】また、このＣＰＵ３５はオートフォーカス
動作全般を制御するものであって、例えば評価算出回路
３４での評価算出枠を決める枠信号発生回路３６に働き
かけて枠信号を発生させ、評価値と撮像レンズ３０の焦
点位置との関係を記憶し、評価値の変化からフォーカス
状態を判断し、モータ駆動回路３８に制御信号を入力し
てモータ３９の動作を制御するものである。

【００１８】尚、前述した評価算出回路３４の構成は図
４を参照して説明した従来例と同一であり、ここでの説
明は省略する。また、撮像レンズ３０の位置の検出は、
図示はしていないが位置センサーを設けてもよく、或い
はモータ３９がステッピングモータであれば、そのステ
ップ数を計数して位置を決定してもよい。

【００１９】次に図１及び図２を参照して本実施例のオ
ートフォーカスの動作について説明する。この図１及び
図２は焦点を遠くに合わせる方向（以下、これを単に
「Ｆａｒ方向」と記す。逆に近くに合わせる方向を単に
「Ｎｅａｒ方向」と記す。）に移動して合焦点方向を探
索する方法を示すフローチャートである。

【００２０】まず、フローチャートに用いられている記
号について説明する。Ｅｉ（ｄ）は焦点がある任意の位
置ｄにあるときの評価値であり、Ｅｉ（ｄ＋Δｄ）は焦
点を位置ｄから僅かにＦａｒ方向に移動させた位置ｄ＋
Δｄでの評価値である。ｉは評価値を求める位置での、
評価値を求める条件、例えばフィルターの種類、評価領
域の種類およびそれらの組み合わせ等による条件下で求
められた複数の評価値のｉ番目をあらわし、Ｎはこれら
の評価値の総数である。Ｗｉはｉ番目の評価値の重みを
あらわし、方向判定の多数決の際の投票数に対応してい
る。Ｗｓｕｍは評価値の重みＷｉの総和である。更にｄ
ｉｒは焦点をＦａｒ方向にΔｄだけ動かしたときの評価
値の変化量をあらわす。

【００２１】ＮｃｎｔはＮｅａｒ方向と判定された評価
値Ｅｉ（ｄ）が対応する重みＷｉの総和であり、また、
ＦｃｎｔはＦａｒ方向と判定された評価値Ｅｉ（ｄ）が
対応する重みＷｉの総和であり、更にまた、Ｊｃｎｔは
合焦点位置と判定された評価値Ｅｉ（ｄ）が対応する重
みＷｉの総和である。従ってＮｃｎｔは「Ｎｅａｒ方向
らしさ」を、Ｆｃｎｔは「Ｆａｒ方向らしさ」を、また
Ｊｃｎｔは「合焦点位置らしさ」をあらわす値であっ
て、これらの数値を基準に制御方向を判定する。

【００２２】β０は評価値Ｅｉ（ｄ）に、また、β１，
β２，β３はそれぞれ評価値の重みの総和Ｗｓｎｍに掛
けられた係数であって、それら掛けられた数値は絶対値
ｄｉｒ，Ｊｃｎｔ，Ｎｃｎｔ，Ｆｃｎｔとの大きさの判
別に用いられる。尚、β０，β１，β２，β３は実験的
に求められるものである。

【００２３】つぎに、フローチャートの制御の流れにつ
いて説明する。まず、ある焦点位置ｄにおける種々の条
件下での評価値Ｅｉ（ｄ）に対応する重みＷｉのＮ個の
総和Ｗｓｕｍを求め（ステップ１０１）、つぎにｉ，Ｊ
ｃｎｔ，Ｎｃｎｔ，Ｆｃｎｔをリセットする（ステップ
１０２）。つぎに焦点位置ｄにおける評価値Ｅｉ（ｄ）
と、前記位置ｄから僅かにＦａｒ方向に移動した位置ｄ
＋Δｄにおける評価値Ｅｉ（ｄ＋Δｄ）との増減量ｄｉ
ｒを求める（ステップ１０３）。

【００２４】前記ｄｉｒが零より大きいか否かを判別し
（ステップ１０４）、もし大きければ、即ちＥｉ（ｄ＋
Δｄ）がＥｉ（ｄ）より大きければ、この評価値に対応
している１番目の重みＷｉをＦｃｎｔに加え（ステップ
１０５）、その後ステップ１０８に進む。また、逆に小
さければ、更に前記ｄｉｒが零より小さいか否かを判別
し（ステップ１０６）、もし小さければ、即ちＥｉ（ｄ
＋Δｄ）がＥｉ（ｄ）より小さければ、重みＷｉをＮｃ
ｎｔに加えた（ステップ１０７）後、ステップ１０８に
進み、もし小さくなければ直接ステップ１０８に進む。

【００２５】ステップ１０８においてｄｉｒの絶対値と
評価値Ｅｉ（ｄ）に係数β０を掛けた値とが比較され、
もし絶対値ｄｉｒが小さければＪｃｎｔに重みＷｉを加
えた（ステップ１０９）後、ステップ１１０に進み、も
し小さくなければ直接ステップ１１０に進む。つぎにス
テップ１１０においてｉはインクリメントされ、ｉがＮ
を越えたか否かを判断し（ステップ１１１）、評価値の
総数Ｎ個すべてをステップ１０３以降のルーチンで調べ
た後、図２のステップ１１２に入る。

【００２６】ステップ１１２において、ステップ１０１
で求めたＷｓｎｍに係数β１を掛けた値とステップ１０
９で求めたＪｃｎｔとを比較し、Ｊｃｎｔが大きい場合
は、合焦点位置と判定する（ステップ１１３）。また、
Ｊｃｎｔが小さい場合は、ステップ１１４においてＷｓ
ｕｍに係数β２を掛けた値とステップ１０７で求めたＮ
ｃｎｔとを比較し、Ｎｃｎｔが大きい場合は、焦点を合
わせるべき対象物はＮｅａｒ方向にあると判定する（ス
テップ１１５）。更に、Ｎｃｎｔが小さい場合は、ステ
ップ１１６においてＷｓｕｍに係数β３を掛けた値とス
テップ１０５で求めたＦｃｎｔとを比較し、Ｆｃｎｔが
大きい場合は、焦点を合わせるべき対象物はＦａｒ方向
にあると判定する（ステップ１１７）。ここでＦｃｎｔ
が小さいと判定された場合は方向の判定が不能である
（ステップ１１８）として動作を停止する。

【００２７】上述したようにして重み付け多数決法によ
り焦点を合わせるべき対象物の方向を決定するものであ
るが、この方法を採用することで多入力（ここでは複数
の評価値）−出力の制御を簡単に行うことができ、良好
な制御特性を得ることかできる。

【００２８】以上、焦点位置をＦａｒ方向に動かしてフ
ォーカス制御の方向判定を行う実施例に付いて説明して
きたが、Ｎｅａｒ方向に動かし、上述した符号を反転す
るだけで同様にフォーカス制御の方向判定ができること
は容易に理解できるものである。また、プログラムの構
成は本実施例で説明した構成に限ることなく、上述した
重み付け多数決法を表現する他の構成でもよいことは論
を待たない。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、フォーカスを動かした
際の複数の評価値の変化に対して重み付け多数決を取る
ことにより、合焦点の方向を誤る確率が極めて減少する
と共に、制御プログラムにおいて条件付き分岐の数が低
減し、プログラムの構成が単純になり、また保守も行い
やすくなる利益がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるオートフォーカス装置の実施例の
説明に供する制御フローチャートである。

【図２】図１に続く制御フローチャートである。

【図３】本発明オートフォーカス装置の実施例を示す構
成図である。

【図４】従来例のオートフォーカスのための評価値を得
る回路ブロック図である。

【図５】評価値を得る画面領域を示す図である。

【図６】デジタルハイパスフィルターの構成例を示す図
である。

【符号の説明】

１ Ａ／Ｄコンバータ、３ デジタルハイパスフィルタ
ー、５ 絶対値処理回路、７Ｈ 水平枠制御信号発生回
路、７Ｖ 垂直枠制御信号発生回路、８ 水平同期信号
発生回路、１０ サンプリングパルス発生回路、２０
画面、２１ 第１の評価領域、２２ 第２の評価領域、
３０ 撮像レンズ、３１ 撮像素子、３３ 信号処理回
路、３４ 評価算出回路、３５ ＣＰＵ、３６ 枠信号
発生回路、３８ モータ駆動回路、３９ モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗田 進 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像装置からの特定画像領域における画
   像信号から周波数成分を抽出するための、複数の領域と
   複数のフィルターの組み合わせによる複数の評価値を算
   出する評価値算出部と、 前記評価値算出部による評価値に応じて前記撮像装置の
   撮像レンズ駆動部を制御する制御値を算出する信号処理
   部と、 前記制御値を前記撮像レンズ駆動部に送出する出力部
   と、 を具備する撮像装置のオートフォーカス装置において、 前記複数の領域と複数のフィルターとの組み合わせによ
   り得られる複数の評価値を重み付けし、前記評価値の条
   件に応じて重み付け値を集計し、前記集計した値によっ
   て合焦点の探索方向を決定する制御プログラムを有して
   いることを特徴とするオートフォーカス装置。