JPS6112177A - カメラにおける自動追尾装置 - Google Patents

カメラにおける自動追尾装置

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JPS6112177A
JPS6112177A JP59132441A JP13244184A JPS6112177A JP S6112177 A JPS6112177 A JP S6112177A JP 59132441 A JP59132441 A JP 59132441A JP 13244184 A JP13244184 A JP 13244184A JP S6112177 A JPS6112177 A JP S6112177A
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陽一 岩崎
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直也 金田
Masamichi Toyama
当山 正道
Takashi Amikura
網蔵 孝
Akihiro Fujiwara
昭広 藤原
Masahiro Takei
武井 正弘
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    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/785Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system
    • G01S3/786Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system the desired condition being maintained automatically
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) この出願の発明は、カメラ、とくにビデオカメラ用の自
動焦点検出ないし自動焦点調節装置における被写体の自
動追尾装置に関し、とくに被・写体に関して最適な大き
さの追尾視野を設定する手段に関する。
(背景技術) ビデオカメラの映像信号を利用する自動焦点検出装置に
ついては、例えば米国特許第2,831.057号明細
書、特公昭39−5265号公報又は特公昭46−17
172号公報等多くの提案がなされている。
また上記の方式中のひとつであるいわゆる山登り制御方
式についてはrNHK技術研究」第17巻第1号(通巻
第86号)(昭和40年発行)の21頁石田ほかによる
「山登りサーボ方式によるテレビカメラの自動焦点調整
」の論文に、またこの山登り制御と後玉フォーカス駆動
レンズとを組み合わせた方式については昭和57年11
月29日のテレビジョン学会技術報告で半間ほかにより
「輪郭検出オートフォーカス方式」としてそれぞれ詳細
に発表されている。
ところで、この種の装置では、第1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CB)に示すようにピントを合わせたい被写体(以下
目標被写体という)(この例では人物)が移動してしま
うと、この目標被写体とは異る距離にある物体(この例
では家屋)にピントが合い、目標被写体である人物がぼ
けてしまうという欠点がある。なお第1図及び後記第2
図は、無視差の自動焦点調節装置を具えるカメラで測距
した場合の画面を示すものである。
これに対し、本出願人は、先に、追尾視野を移動可能に
設定する手段と、測距すべき物体の特徴を前記追尾視野
に関して抽出する抽出手段と、前記の抽出された特徴を
記憶する記憶手段と、前記抽出手段で抽出された前記物
体の特徴と前記記憶手段に記憶された特徴とに基づいて
前記物体の相対的な移動の有無を検出する手段と、前記
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
尾して移動させる手段とを具える自動追尾焦点検出装置
について提案した(昭和59年5月25日付は特許願、
発明の名称「自動追尾焦点検出装置」)。
ところで、上記の提案を実施するに当たっては、画面内
の被写体の大きさは大小様様であるので、撮影の都度追
尾視野を被写体に関して最適な大きさに設定できること
が望ましい。
(目的) したがって、この出願の第1の発明は、従来の自動焦点
検出装置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、被写体に関して最適な大きさの追尾視野を設定
することができる自動追尾装置を提供することを目的と
する。
また第2の発明は、上記の自動焦点検出ないし自動焦点
調節を行うに当たり、撮影者が表示装置に表示された追
尾視野を見ながら追尾視野の大きさを微調整し、被写体
に関して最適な大きさに設定することができる自動追尾
装置を提供することを目的とする。
(実施例による説明) 以下第2図ないし第12図等を参照して上記の目的を達
成するためこの出願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
信号情報によって抽出する例について、この出願の発明
を適用した自動追尾焦点検出機能の概要、この出願の発
明の自動追尾装置の実施例の全体構成及び同実施例にお
ける追上記の色信号情報のみならず、輝度信号情報、さ
らに形状、温度又は被写体中の特徴あるコントラスト等
その他の情報を利用して行うことができる。
(この出願の発明を適用した自動追尾焦点検出機能の概
要)(第2図〜第5図) 先ず、この出願の発明を適用した自動追尾焦点検出機能
の一例についてその概要を説明すると、第1図(A)の
状態にあった目標被写体(人物)が第2図(A)に示す
ように同一距離のまま画面右上方へ移動すると、後述の
追尾手段により、被写体の移動を自動的に検出し、測距
視野を第2図(A)に示すように被写体の移動に追尾し
て移動させ、この移動位置で焦点検出ないし焦点調節を
行う、ものである。すなわち、被写体の特徴を表わすな
んらかのパラメータ、例えば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って測
距視野をこれと同じ位置関係で移動させるものである。
したがって、第2図は、被写体の移動と追尾視野の移動
との関係を示すものとみなすこともできる。
第2図(A)では、距離が同一であるから、撮影レンズ
のうちの合焦レンズを調整することはないが、同図(B
)では、被写体が画面内の右上方へ移動するとともに距
離も変化するので、測距の結果に従って合焦レンズが移
動する。したがって、後述の追尾ゲート大きさ決定手段
により追尾視野の大きさを変化させ、つねにその被写体
に適した大きさに保ち、その状態で焦点検出ないし焦点
調節を行う。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、上記の追尾作用は、カメラが固定され
て被写体が移動する場合のほか、逆に被写体が停止して
カメラが移動する場合、あるいは両者がともに移動する
場合にも有効に機能し、また追尾視野の大きさは、被写
体距離が変化する場合のほか、レンズの焦点距離を変え
る場合にも自動的に調整することができる。
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3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位
置す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4図に示すように、それぞれ、積分回路100a、
100b、サンフルホールド(S/H) 回路101a
、101b及びA/D変挽変格回路102a02bによ
って積分、サンプルホールド及びA/D変換の各処理を
行って、それぞれメモリ103a、l’03b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)の直交座標上にプロットす
ると、例えば第5図に示すように表示される。図でA、
+BO及びCoの各点は、それぞれ、第3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
で背景の色が異っているものとする。
したがって、点AOとCoとは、色差信号座標上の位置
が異っている。
次に、第3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5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3図(B)に示
すように被写体内にとどまっているので、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。したがって、ここでは、簡単のために
B1=Boとする。この場合、第5図に示すように、点
C1は点Bo(=Bx)に近づき、点A1は点Bo(−
Bt)がら遠ざがるので、線分BIC1は線分BOC,
より小さくなり、線分AlB1は線分AOBoより大き
くなる。逆に、線分BIC1が線分BoC,より大きく
なり、線分AlB1が線分AoB、より小さくなる場合
は、被写体が第3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3図(13)の右方向
へ移動するとき上記の点A1は線分A、、 B 、の延
長線上に位置を占め、点C1は線分BoC,上に位置を
占めることになる。この出願の発明は、上記どちらの場
合にも適用することができる。
(この出願の発明の自動追尾装置の実施例の全体構成)
(第6図、第7図) 第6図は、この出願の発明の自動追尾装置の一実施例を
示し、図において撮影光学系は、合焦レンズ1、ズーム
系レンズ2、絞り3及びリレーレンズ4からなり、被写
体像は撮像素子5(例えばC,C,D、)上で受光され
る。撮像素子5は、撮像素子駆動回路8により駆動され
て時系列信号が出力され、この出方は信号処理回路9で
所要の同期信号杏成、変調及び補正処理を受け、出力ビ
デオ信号例えばNTSC信号が形成される。これらの処
理は、当業者に周知であるので、その詳細な説明を省略
する。なお以下の説明では、出力ビデオ信号がNTSC
信号であるとする。また撮像素子駆動回路8には、後述
の追尾ゲート設定回路11及び測距ゲート設定回路16
とともに、不図示のクロック信号発生回路が発生するク
ロック信号を分周した信号が付与される。
信号処理回路9は、同時に、色差信号(R−Y)及び(
B−Y)を追尾ゲート(追尾視野に対応する)設定回路
11及び測距ゲート設定回路16に出力する。追尾ゲー
ト設定回路11の出力は、一般的には被写体の特徴検出
手段、この例では色検出回路12に供給されて被写体の
色が検出され、これが例えば不図示のスイッチ等の手動
による機械的入力手段を介してメモリ13に記憶される
。なお色検出回路12は、第4図に示す積分回路100
、サンプルホールド回路101及びA/D変換回路10
2を含むものである。上記の処理は、テレビジョン信号
の1フイールドの期間である1/60秒の間に又はその
数フィールド分の期間の間にその平均値に従って行われ
る。以下両者を一括してlフィールドの期間に処理され
るとして説明する。
次の1フイールドでは、新たに抽出された信号とメモリ
13に記憶されている信号とが移動判定回路14で比較
され、被写体の移動の有無及び被写体が移動する場合の
移動方向が検知される。移動があった場合には、ゲート
移動回路15によって追尾ゲート設定回路11を制御し
て追尾視野を移動させ、次の1フイールドで同様の演算
を行い、以後追尾が完了するまで上記の処理をくり返す
追尾が完了した時点でゲート移動回路15によって、測
距ゲート設定回路16により設定される測距視野を追尾
視野と同じ関係位置に設定し、この測距視野内の映像信
号(信号処理回路9の出力)を用いて自動焦点調節(A
 F)回路17で、例えば山登り制御等の公知の手段に
よって焦点検出を行い、その出力によってモータMを駆
動し、合焦レンズlの位置を制御する。
40は、この出願の発明の主要な特徴をなす追尾視野微
調整部の一例を示すものであり、第12図に関連して後
述するように、手動人力Iに従って追尾ゲート設定回路
11を制御して追尾視野の大きさを微輿整し、またこの
微調整された追尾視野の大きさを表わす信号を作成して
入力NTSC信号と合成し、これを電子ビューファイン
ダ(EVF)等の表示装置に表示する機能を有する。
第6図において、Plは合焦レンズlの位置(被写体距
離に相当する)の絶対位置を検出するポジションセンサ
、P2はズーム系レンズ2の位置(焦点1tiraに相
当する)の絶対位置を検出するポジションセンサであり
、これらの信号に基づいて追尾ゲート大きさ決定回路l
Oが追尾ゲート設定回路11及び測距ゲート設定回路1
6を制御し、それぞれ追尾視野及び測距視野の大きさを
定める。いま、撮影レンズの焦点距離をf、被写体距離
をR1撮像面の長手方向の寸法なy、追尾視野長(第3
図(A)の画素A、B、Cの合計の長さ)をa、追尾視
野長の被写体上での長さをW、n/y=にとおくと、k
=fW/Ryで与えろ幻る。数値例を掲げると、f =
 30mm、R=5000mm、y=8.8mmとし、
追尾被写体が大人の場合としてW=500mmとすると
に=0.34 となる。ここでyは裸像素子例えばC,C,D。
の大きさによって、Wは被追尾被写体によって定まるの
で、ボジシゴンセンサP1、P2の出力値から上記の式
によりkを追尾ゲート大きさ決定回路10で演算すれば
、つねに被写体に対して最適の大きさの追尾視野が得ら
れる。
第7図は、前述の色検出回路12、メモリ13ぞiの(
R−Y)信号及び(B −Y)信号から距離演算回路2
1により第5図の(R−Y)及び(B −Y)座標上の
線分AOBOの長さDAO−BOが求められ、メモリ2
2に記憶される。次のフィール゛ドの信号から、同様に
してDAl、B1又はDAl−BOが求められる。ここ
で、簡単のためにBl=B、である場合を考えるとDA
l、B1=DA1.BO であり、割算器23で DAI・B1/DAO・BO が算出される。この値が、しきい値設定器24が設定す
る第1のしきい値と比較回路25で比較され、しきい値
を超える変化があると移動判定回路14に“1パを出力
する。同様にして、距離演算回路31から比較回路35
までの回路によってDel、BL/DCO,BO が算出され、これに第2のしきい値を超える変化がある
と比較回路35から移動判定回路14に°“1°゛を出
力する。具体的な数値例について説明すると、第5図に
示す設例では、第1及び第2のしきい値をともに2とし
て、 DAI・Bl/DAO・BO:2・2゜DCl、Bl/
DCO,BO=0・36であるので、比較回路25のみ
が“l”を出力する。この場合は、移動判定回路14が
ゲート設定タイミングを所定時間(例えばNTSC方式
の場合1水平走査周期のl/125程度)だけ遅らせる
信号を発生する。逆に比較回路35のみが“l ”を出
力する場合は、移動判定回路14がゲート設定タイミン
グを上記の所定時間だけ早める信号を発生する。後者は
、被写体が第3図で左方向へ移動した場合である。
したがって比較回路25又は35の出力“l”に応じて
移動判定回路14がゲート設定タイミングを例えば上記
の所定時間だけ変化させる信号を発生し、この信号に応
じてゲート移動回路15が前述のようにゲート設定回路
ll及び16を制御することにより、追尾視野及び測距
視野を被写体が移動する方向へ移動させ、その位置で焦
点検出を行うことができる。
なお第7図の回路においては、割算器23.33の各出
力をそれぞれしきい値設定器24.34が設定する各し
きい値と比較し、その比較出力に従って被写体の移動判
定をするようにしたので、追尾視野を被写体の移動に追
尾してハンチングやオーバーシュートを生ずることなく
安定に移動させることができる。
(この出願の発明における追尾視野微調整手段)(第8
図〜第12図) 第3図(A)に示す追尾視野の大きさと被追尾被写体と
の関係では、登録モードにおいて、左側の背景と被写体
との境界線が画素Aのほぼ中間に、右側の背景と被写体
との境界線が画素Cのほぼ中間にあることを前提として
いて、この前提がみたされないと以後の比較モードによ
る移動判定が不可能になることがある。
これを第8図ないし第12図を参照して具体的に説明す
ると、第8図(A)のように被追尾被写体が画素Bにの
み入っている状態で被追尾被写体の登録をしたと仮定し
、各画素の出力をAO。
Bo、Coとするとこれらは(R−Y)、(B−Y)座
標上では、例えば第9図に示す位置を占める。次に被追
尾被写体が画面内で第8図(B)に示すように相対的に
左方向へ移動したとすると、各画素の出力A 1 + 
B 1 、C1の位置は例えば第9図に示すようになる
とする。このとき、DAI・Bl/AO・・BO=0・
6゜DC1・ s’t/co  ・ B O=0 ・ 
5となり、比較回路25.35の出力は両方とも“0″
で第7図の装置のみでは移動を検知できない。また第1
θ図(A)のように被追尾被写体が3画素のすべてに入
っている状態で登録をしたと仮定し、各画素の出力をA
 O+ BO+ COとすると、これらは(R−Y)、
(B−Y)座標上では例えば第11図に示す位置を占め
る。次に被追尾被写体が画面内で第1O図(B)に示す
ように相対的に左方向へ移動したとすると、各画素の出
力A1 +B1 、C1の位置は、例えば第11図に示
すようになるとする。このとき DAl、Bl/AO,BOoOlo:不定。
DCl 、 s x/c o 、 a o=n10=c
(ここでnはある数) となり、比較回路35は“1”を出力するが、比較回路
25の出力は不確定であるから、移動判定回路14が、
被写体が相対的に左へ移動したと正しい判断をすること
もあるが、これと逆の判断をすることもあるので、被写
体の移動をつねに正しく検知できるとは限らない。さら
に、 DAI・Bl/AO,BO 及び  Dcl、at/co、n。
の分母が両方ともOに近いため、比較回路25゜35の
出力が不安定になり、追尾動作も不安定になるおそれが
ある。
前述の第6図の追尾視野微調整部4oは、このような問
題を解決するため、登録時、追尾視野の大きさを手動で
設定することができるようにするものであって、その詳
細を第12図について説明する。
第12図において、追尾視野微調整部4oは、合成器4
1、追尾視野表示回路42、入力装置43、追尾ゲート
大きさ微調回路44が図示のように接続されて構成され
ている。その他第6図と同一符号を付した部分は第6図
のものと同じ構成及び機能を有する。
先ず、被追尾被写体登録モードにおいて、追尾ゲート設
定回路11では標準的な大きさくここでは胴体よりや−
や大きめ)の追尾視野を設定する。
そして設定された追尾視野の大きさに対応する表示信号
を追尾視野表示回路42で作り、合成器41でNTSC
信号と合成し、この合成信号が電子ビューファインダ等
の表示装置に表示される。
ここで撮影者は、被追尾被写体と追尾視野とが理想的な
大きさの関係(第3図)になっているかどうかを確認す
る。もし、被追尾被写体が追尾視野に比較して小さすぎ
たり(第8図)、大きすぎたり(第10i1)する場合
は、手動によって追尾視野を大きくするか又は小さくす
るかを示す信号を入力装置43から追尾ゲート大きさ微
調回路44に転送する。追尾ゲート大きさ微調回路44
では、それに応じて、追尾視野を小きざみに大きく又は
小さくさせる信号を追尾ゲー設定回路itに送る。追尾
ゲート設定回路11では、この信号に応じて、追尾視野
の大きさを設定する。そして再び、追尾視野表示回路4
2及び合成器41を介して前記の表示装置(電子ビュー
ファインダ等)に表示される。撮影者は、電子ビューフ
ァインダ等に表示された画面を見ながら追尾視野と被追
尾被写体とが理想的な大きさの関係になるまで微調整を
行って、その後に被追尾被写体の登録をし、追尾モード
に入る。
このようにして各種の大きさの被写体に対して最適な大
きさの追尾視野を設定することができる。
(効 果) 前述のように、この出願の第1の発明によれば、追尾視
野の大きさを手動設定により可変に設定可能である手段
と、前記追尾視野に関する被追尾被写体の特徴を登録す
る手段と、前記の登録された特徴に基づいて被追尾被写
体の相対的な移動を検出する手段とを具えているので、
追尾視野の大きさが被追尾被写体に対して不適合である
ために追尾不能又は追尾不安定の状態が発生するのを防
止し、画面内で大きさが様様である被追尾被写体に関し
て追尾視野の大きさを微調整して安定な追尾動作を行う
ことができる。
また第2の発明によれば、第1の発明の特徴に加え、追
尾視野を表示装置に表示する手段を設けたので、第1の
発明の前記の効果を奏するとともに撮影者が被追尾被写
体との大きさの関係を見ながら追尾視野の大きさを微調
整することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のカメラにおける測距視野と被写体像との
関係を示すもので同図(A)は測距視野と被写体像とが
一致している場合、同図(B)は被写体が移動した場合
をそれぞれ示す説明図、第2図はこの出願の発明を実施
したカメラにおける測距視野と被写体像との関係を示す
もので同図(A)は被写体が同一距離で画面内を移動し
た場合、同図(B)は被写体が画面内を移動し、かつそ
の距離が遠ざかった場合をそれぞれ示す説明図、第3図
(A)はこの出願の発明を実施した自動追尾装置におい
て追尾視野を分割した場合の追尾視野と被写体像との関
係を示す説明図、同図(B)は同図(A)において被写
体が画面内を移動した状態を示す説明図、第4図は第3
図の分割された視野から得られる信号を処理する装置の
ブロング図、第5図は第4図の装置から得られる信号を
2次元平面上にプロットした状況を示す説明図、第6図
はこの出願の発明の自動追尾装置の一実施例における光
学系及び電気制御系を組み合わせて示すブロック図、第
7図は第6図の装置の要部の詳細を示すブロック図、第
8図(A)は追尾視野中の1画素のみが被追尾被写体内
に入っている状態を示す説明図、同図(B)は同図(A
)において被写体が画面内を移動した状態を示す説明図
、第9図は第8図の各画素から得られる信号を2次元平
面上にプロットした状況を示す説明図、第10図(A)
は追尾視野中の全画素が被追尾被写体内に入っている状
態を示す説明図、同図(B)は同図(A)において被写
体が画面内を移動した状態を示す説明図、第11図は第
10図の各画素から得、られる信号を2次元平面上にプ
ロットした状況を示す説明図、第12図は第6図の装置
中追尾視野微調整部の詳細を関連部分とともに示すブロ
ック図である。 符号の説明 l:合焦レンズ、2:ズーム系レンズ、5:撮像素子、
8:撮像素子駆動回路、9:信号処理回路、11:追尾
ゲート設定回路、12二色検出回路、13:メモリ、1
4:移動判定回路、15:ゲート移動回路、16:測距
ゲート設定回路、17:自動焦点調節回路、40:追尾
視野微調整部、41:合成器、42:追尾視野表示回路
、43:入力装置、44:追尾ゲート大きさ微調回路。 第4図 泡6図 第7図 第8図 (△)(B) 第9図 第10図 (△)(B) 第11図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)追尾視野の大きさを手動設定により可変に設定可
    能である手段と、 前記追尾視野に関する被追尾被写体の特徴を登録する手
    段と、 前記の登録された特徴に基づいて被追尾被写体の相対的
    な移動を検出する手段と、 を具えるカメラにおける自動追尾装置。
  2. (2)追尾視野の大きさを手動設定により可変に設定可
    能である手段と、 前記追尾視野を表示装置に表示する手段と、前記追尾視
    野に関する被追尾被写体の特徴を登録する手段と、 前記の登録された特徴に基づいて被追尾被写体の相対的
    な移動を検出する手段と、 を具えるカメラにおける自動追尾装置。
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