JPS58709B2 - ジドウシヨウテンチヨウセツソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 最近ＴＶカメラがＴ業用ロボットの眼として使われるよ
うになってきた。

この際、被写体像の条件に応じて焦点を自動的に調節す
る必要がある。

従来、この種の自動焦点調節装置における焦点正合の評
価方法として、画像のもつ高周波成分を抽出する方法が
一般的にとられている。

しかしながらこの方法によるものは、高周波フィルタを
必要とするため、その設計が煩雑であり、またＳ／Ｎの
問題等があって、必ずしも満足できるものではない。

本発明は、微分の概念を導入し、簡単な評価方法に基づ
く自動焦点調節装置を提供しようとするものである。

第１図および第２図は本発明に係る装置の原理を説明す
るための説明図で、それぞれＡは得られる画像のパター
ンを示したもの、ＢはＡ図のＢ−Ｂで示す水平線に対応
するビデオ信号、ＣはＢに示すビデオ信号を微分した波
形を示す。

第１図は得られる画像の焦点の正合のよい場合を示し、
第２図は正合の悪い場合をそれぞれ示す。

正合の良い場合は、そのビデオ信号は、第１図Ｂの■に
示すように急峻に変化するのに対して、正合の悪い場合
のビデオ信号は、第２図Ｂの０に示すように傾斜をもつ
。

したがって、ビデオ信号を微分し、その微分値が大きい
場合は正合が良く、微分値が小さい場合は正合が悪いこ
とを示し、この微分値の大きさから正合の良し悪しを判
断するこさができる。

第３図は本発明に係る自動焦点調節装置の一実施例を示
すブロック図である。

図において、１０はＴＶカメラで、ここではレンズ１１
、このレンズを通った光を受光する走査形骨光素子１２
等が設置されている。

１３はビデオ信号が出力される出力端子、２０はゲート
回路で、一方にビデオ信号Ｓｖが印加され、他方に画面
で焦点を正合させたい領域を指定するゲート信号が印加
されている。

３１．３２はそれぞれほぼ１水平走査線分のビデオ信号
を記憶する容量をもったアナログ・シフトレジスタで、
スイッチＳ１を介して印加されるビデオ信号を記憶する
。

３４はスイッチＳ２を介して送出されるビデオ信号を反
転させるインバータ、３３は遅延回路で、ゲート回路２
０からのビデオ信号を一定時間τだけ遅延させる。

４０はインバータ３４からの出力信号と、遅延回路３３
からの出力信号とを加算する加算回路、５０は一方に加
算回路４０の出力信号が印加され、他方にゲート信号が
印加されるゲート回路である。

６０は例えば第４図に示すような入出力特性をもつ絶対
値信号を得る回路で、ゲート回路５０を介して印加され
る加算回路４０の加算出力の絶対値をとる。

なお、この回路の入出力特性は、リニアな特性でもよい
が、後述する理由から２乗特性の方が望ましい。

７０はピーク値検出回路で、絶対値を得る回路６０の出
力信号のピーク値を検出し保持し、これを出力する。

８０はサーボ回路、８１はレンズ１１の移動機構で、こ
れらの回路はピーク値検出回路７０の出力信号に対応し
てレンズ１１を移動させる。

スイッチＳ１．Ｓ２は、水平同期パルスまたはその分周
パルスによって互いに同期して逆動作する。

したがって、ゲート回路２０で抽出された今回のビデオ
信号は、スイッチＳ１を介してアナログ・シフトレジス
タ３１に貯えられると同時に遅延回路３３を介して一定
時刻遅延して加算回路４０に印加される。

また、アナログ・シフトレジスタ３２に貯えられていた
前回の水平走査線に対応するビデオ信号が、インバータ
３４で極性が反転され、加算回路４０に印加されること
となる。

このように構成した回路の動作を次に第５図及び第６図
を参照しながら説明してみよう。

ここで第５図は正合の良い場合を、第６図は正合の悪い
場合をそれぞれ例示する。

第５図および第６図において、Ａは画像を示す。

ＢはＡにおける水平走査線ＨＬ１に対応するビデオ信号
Ｓｖ１を示し、これがゲート回路２０によって抽出され
、これがはじめにアナログ・シフトレジスタ３１に貯え
られる。

ＣはＡにおける水平走査線ＨＬ２に対応するビデオ信号
ＳＶ２を示し、この時にはスイッチ８１．８２が接点す
側に切換えられるとともにこのビデオ信号ＳＶ２がゲー
ト回路２０によって抽出され、アナログ・シフトレジス
タ３２に貯えられる。

この状態では加算回路４０の入力端にＥに示すようにア
ナログ・シフトレジスタ３１に貯えられていた前回のビ
デオ信号が極性を反転した信号−８ＶＩとして印加され
るとともに、Ｄに示すように今回のビデオ信号が一定時
間τだけ遅れて印加する。

したがって、加算回路４０は印加される両信号−８ｖ１
とＳＶ２とを加算し、その出力端にＦに示すような波形
、すなわち、ビデオ信号を微分した信号に近似する信号
ＤＭＸＹを出力する。

この信号ＤＭＸＹを式で示すと次の通りとなる。

Ｄ（Ｘ、Ｙ−１）−Ｄ（ＸＺ、Ｙ）＝ＤＭＸＹ……（１
）ここでＤ（Ｘ、Ｙ）は、画面を表わす関数とし、Ｘ、
Ｙは画面上の座標を表わすものとする。

したがって、Ｄ（Ｘ、Ｙ）は座標Ｘ、Ｙ点での濃淡を表
わす。

座標を離散的に考えると、Ｄ（ｉ、ｊ）ｉ＝１．２．、
、、Ｎ、ｊ＝１，２．、、、Ｍとなる。

なお、座標はＸ軸が走査線の方向と一致するようにとる
ものとする。

この信号ＤＭＸＹは、ゲート回路５０を介して絶対値を
得る回路６０に印加され、ここでＧに示すように正極性
の信号に変換される。

ピーク値検出回路７０′は、絶対値を得る回路６０から
出力された信号のピーク値ＥｐをＨに示すように検出し
、これが焦点正合をするための評価関数値となる。

以上の動作を更に具体的に説明する。

いま、使用されるＴＶ左カメラ商用テレビジョン方式と
同様のインターレーストスキャン（ｉｎｔｅｒｌａｃｅ
ｄｓｃａｎｎｉｎｇ）方式を採用しているものとすれば
、第７図および第８図に示すように、第１フイールド（
第７図）では、水平走査線ＨＬの偶数番目のものが、す
ぐ次に続く第２フイールド（第８図）では水平走査線Ｈ
Ｌの奇数番目のものがそれぞれ表われる。

このような方式の画面において、破線で囲まれた領域Ｆ
について焦点正合をする場合、ゲート回路２０に、水平
領域を与える１１．１２に対応する信号を与え、またゲ
ート回路５０に、垂直領域を与えるｔｌ、ｔ４に対応す
る信号を与える。

ピーク値検出回路７０は、まず第７図（第１フイールド
）において、第０番目の走査線ＨＬＯ上の区間ｔ１〜ｔ
２に郁ける最大値ＰＯを検出、保持し、これを出力する
。

次に２番目の走査線ＨＬ２上の区間ｔ１〜ｔ２における
最大値Ｐ２が検出され、この最大値Ｐ２はＰＯと比較さ
れ、Ｐｏ＞Ｐ２の場合そのままの値ＰＯが、ＰＯ＜Ｐ２
の場合ＰＯからＰ２に更新され、Ｐ２が出力される。

４番目の走査線ＨＬ４上の区間ｔ１〜ｔ２においても同
様にして、区間ｔ１〜ｔ２における最大値Ｐ４とＰ２（
又はＰＯ）と比較され、これより大きいときＰ４が出力
される。

このようにして領域Ｆの最後の走査線ＨＬ２ｎまで続け
られ、このときピーク値検出回路７０の出力Ｐ２ｎがこ
の画面（第１フイールド）の焦点正合塵を示す評価関数
となる。

第８図（第２フイールド）においても、第７図の場合と
同様の動作を行い、ピーク値検出回路７０の出力端から
第２フイールドの焦点正合塵を示す評価関数を得ること
ができる。

レンズ系の制御は、例えば次のようにして行なわれる。

焦点を合せようとするとき、先ず艶の位置にレンズをま
わす。

次に一定速度で最短撮影距離の位置で止まるまで、レン
ズをまわすとする。

これまでの時間を例えば０．５秒とする。

フィールドの数は、商用テレビジョンの場合と同じよう
に考えると、毎秒６０コマであり、０．５秒間には３０
コマが存在する。

従って、レンズが∞の位置から最短撮影距離の位置まで
に移動する間、ピーク値検出回路７０から第９図に示す
ように３０個の評価関数が得られる。

第９図の例によれば、これらの評価関数が最大となるレ
ンズ位置Ｍθ％で焦点が合う。

ここでサーボ回路８０の中にもう一つのピーク値検出回
路を設け、得られた３０個の評価関数のうちの最大値（
第９図のＭＰ）を検出、保持し、レンズ位置θが１００
％になったところで、θを逆方向に移動させ、このとき
のピーク値検出回路ＴＯの出力がサーボ回路８０の中に
設けたピーク値検出回路の保持値ＭＰに等しくなったと
ころでθを停止させるようにすれば、Ｍθ％の位置が決
まる。

この回路においては、画面において、Ｘ軸方向（水平走
査線方向）とＹ軸方向の両方向の焦点を自動的に調節で
きる点に特長がある。

また、この回路において、絶対値を得る回路６００Å出
力特性を例えば２乗特性のような非線形特性とする利点
は、加算回路４０からの出力信号のピーク値が強調され
、全体として検出感度を増大することができる点にある
。

なお、この実施例ではインバータと加算回路との組合せ
で印加される２種のビデオ信号の差を求めるようにした
ものであるが、この組合せに代えて引算演算を行う演算
回路を用いてもよい。

また、ここではＴＶカメラがカラー用か、モノクロ用か
特に意識してないが、双方に適用できることは勿論であ
る。

カラー用とする場合、ＴＶカメラからルミナンス信号を
ビデオ信号として取り出すものとする。

また、上記の実施例においては、スイッチＳ１゜Ｓ２を
ビデオ信号に含まれる水平同期信号に対応して接点ａと
ｂとに交互に接続するものであるが、水平同期信号のパ
ルス列を分周した信号でこれを駆動するようにしてもよ
い。

第１０図は水平同期パルスを分周した信号、例えば１／
４に分周し、４本毎の水平走査線に対応するビデオ信号
をシフトレジスタ３１．３２に順次貯える場合の要部の
ブロック図である。

ここでは、スイッチ８１．８２を接点ａ、ｂ、ｃを有す
る３位置のものとするとともに、遅延回路３３の入力側
に接点ａ、ｂ、ｃを有するスイッチＳ１’を設けるよう
にしたものである。

いま、例えば４本毎の水平走査線に対応するビデオ信号
をシフトレジスタに貯えようとするには、第１番目の水
平同期パルスで各スイッチ８１，８２．８１’を接点ａ
に、第２〜４番目の水平同期パルスでは接点Ｃに、第５
番目の水平同期パルスで接点すにそれぞれ接続し、以下
これを繰返すようにすればよい。

このように接続することによって、第２〜４番目の水平
走査線に対応するビデオ信号はシフトレジスタ３１．３
２側に印加されなくなるからである。

以上に説明したように、本発明に係る装置によれば、画
面の一部を表示するビデオ信号と、前記画面の一部に近
接した部分を表示するビデオ信号（たとえば前回の水平
走査線のビデオ信号）との差を求め、この差信号の最大
値を画面の焦点正合塵の評価信号とし、これが最大とな
るように焦点を調節するもので、フィルタ回路等を使用
することなく簡単な構成で自動的に焦点調節を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る装置の原理を説明す
るための説明図で、Ａは得られる画像のパターンを、Ｂ
はＡ図におけるＢ−Ｂの水平走査線に対応するビデオ信
号を、ＣはＢに示すビデオ信号を微分した波形をそれぞ
れ示す。 第３図は本発明に係る装置の一実施例を示すブロック図
、第４図は第３図装置に使用されている絶対値を得る回
路の入出力特性を示す線図、第５図および第６図は第３
図装置の動作を説明するための波形図、第７図及び第８
図はインタレーストスキャン方式の画面において焦点正
合をする領域を説明するための画面図、第９図はレンズ
が∞の位置から最大撮影距離の位置までに移動する間得
られる評価関数の波形図、第１０図は本発明の他の実施
例の要部を示すブロック図である。 １０……ＴＶカメラ、２０……ゲ一ト回路、３１．３２
……アナログシフトレジスタ、３３……遅延回路、３４
……インバータ、４０……加算回路、５０……ゲ一ト回
路、６０……絶対値を得る回路、７０……ピ一ク値検出
回路、８０……サ一ボ回路、８１……レンズ移動機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ルンズ系とこのレンズ系を通った光を受光する受光素子
   を含むＴＶカメラ、該ＴＶカメラから得られるビデオ信
   号の１水平走査線分のビデオ信号を記憶するアナログシ
   フトレジスタ、前記ＴＶカメラから得られるビデオ信号
   と前記アナログシフトレジスタに一時的に貯えられた前
   回の水平走査線のビデオ信号とが印加され両信号の差を
   求める演算回路、この演算回路の出力信号の絶対値を得
   る回路、この絶対値を得る回路の出力値のピーク値を検
   出し、保持するピーク値検出回路、このピーク値検出回
   路の出力が最大となるように前記ＴＶカメラのレンズ系
   を制御するサーボ回路を具備した自動焦点調節装置。 ２第１項記載において、絶対値を得る回路の入出力特性
   を非線形特性としたことを特徴とする自動焦点調節装置
   。