DE69030345T2

DE69030345T2 - Automatisches Fokussierungsverfahren

Info

Publication number: DE69030345T2
Application number: DE69030345T
Authority: DE
Inventors: Hideo Honma
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-09-10
Filing date: 1990-09-06
Publication date: 1997-08-21
Anticipated expiration: 2010-09-07
Also published as: DE69030345D1; EP0417975A2; EP0417975A3; EP0417975B1; US5566380A

Description

Gebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Video-Kamera und bezieht sich insbesondere auf das automatische Fokussiersystem (nachstehend in Kurzform als AF oder AF-System bezeichnet) einer Video-Kamera.

Beschreibung des verwandten Standes der Technik:

Video-Geräte wie beispielsweise Video-Kameras haben in den vergangenen Jahren deutliche Fortschritte gemacht. Ihre Abmessungen wurden verringert. Sie arbeiten automatischer und haben vielseitigere Funktionen. Infolge dieses Fortschritts weisen derzeit nahezu alle Video-Kameras üblicherweise ein automatisches Scharfeinstell- (oder Fokussier-) System auf.
Systeme zur automatischen Scharfeinstellung werden in verschiedenen Formen bereitgestellt. Im Gegensatz zu einer Stehbild-Kamera, die zur Aufnahme eines Steh- oder Einzelbilds vorgesehen ist, muß eine Video- Kamera kontinuierlich auf ein sich bewegendes Objekt scharfeingestellt werden. Es ist daher unabdingbar für eine solche Video-Kamera, daß diese ihren scharfeingestellten Zustand für ein sich bewegendes Objekt aufrechterhalten kann.
Das Leistungsvermögen des automatischen Fokussiersystems kann in dieser Hinsicht im Hinblick auf seine Stabilität und sein schnelles Antwortvermögen bewertet werden. Stabilität bedeutet, daß eine Fokussierungslinse nicht unnötigerweise angesteuert wird. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß kein fehlerbehafteter Betriebszustand auftreten darf, der zu einer Unschärfe aufgrund unnötigen Bewegens der Fokussierungslinse zum Zwecke der Scharfeinstellung führt. Das schnelle Ansprechvermögen bedeutet, daß die Fokussierungslinse unverzüglich in eine Scharfeinstellungsposition bewegt wird, indem die Richtung und die Geschwindigkeit des Fokussierungs- oder Scharfeinstellungsvorgangs korrekt ermittelt werden. Das automatische Fokussiersystem für ein Bewegtbild muß so angeordnet sein, daß es diese Anforderungen in einem gut ausgeglichenen Zustand erfüllt, und daß es in der Lage ist, auf eine beliebige Änderung eines Bildes mit einer der Änderung entsprechenden Geschwindigkeit zu antworten. Um diese Anforderungen zu erfüllen, muß das System über Informationen über den gegenwärtigen Scharfeinstellzustand sowie über exakte Steuerungsinformationen hinsichtlich der Antriebsrichtung und der Geschwindigkeit eines Fokussierungsmotors verfügen.
Es besteht dieser Tage die allgemeine Tendenz dahingehend, daß die Videokamera derart angeordnet ist, daß sie aus einem Bildsignal eine Signalkomponente extrahiert, die sich mit dem Scharfeinstellungszustand ändert, und daß sie die Fokussierung auf der Grundlage der extrahierten Signalkomponente einstellt. Dieses Verfahren erlaubt die Scharfeinstellung unabhängig von der Entfernung, in der sich ein fotografiertes Objekt befindet. Die automatischen Fokussiersysteme der Bauart, die die vorstehend genannte Information aus dem Bildsignal ermitteln, können grob in zwei Arten unterteilt werden. Eine davon verwendet ein Verfahren zur Modulation des optischen Pfads, welches die Scharfeinstellung durch Modulieren eines optischen Pfads erfaßt. Das andere verwendet ein Probierverfahren.
Gemäß dem Modulationsverfahren wird der optische Pfad dadurch moduliert, daß eine Linse oder ein Bildsensor oder dergleichen mittels eines piezoelektrischen Elements oder dergleichen in periodische Schwingungen versetzt wird. Information über das Ergebnis einer Unterscheidung zwischen einem Nah-Scharfeinstellungszustand, einem Fern-Scharfeinstellungszustand und einem scharfeingestellten Zustand wird auf diese Art und Weise aktiv ermittelt. Während es ein Vorteil dieses Verfahrens ist, daß Information über den aktuellen Scharfeinstellungszustand sowie über die Antriebsrichtung des Fokussierungsmotors genau und unverzüglicherhalten werden können, besteht ein Nachteil desselben in der Hinzufügung des piezoelektrischen Elements und einer Ansteuerungsschaltung für dasselbe, die eine strukturell komplexe Anordnung erfordern und zu einem Anstieg der Kosten des automatischen Fokussier- (AF-) Systems führen.
Im Falle des Probierverfahrens wird die Fokussierungs-Steuerungsinformation über die Fokussierlinsen- Verschieberichtung sowie über einen Scharfeinstellungszustand etc. aus Änderungen ermittelt, die durch die Ansteuerung des Fokussierungsmotors in dem Bildsignal verursacht werden. Dieses Verfahren wird als Probierverfahren bezeichnet, weil die Fokussierungslinse zunächst versuchsweise um einen sehr kleinen Betrag bewegw wird. Im Gegensatz zu dem Modulationsverfahren erlaubt das Probierverfahren die Bereitstellung des Fokussiersystems zu geringen Kosten, weil es keine komplizierte Anordnung erfordert. Ein Nachteil des Probierverfahrens besteht jedoch darin, daß es eine längere Anlaufzeit benötigt als das Modulationsverfahren. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens besteht in einer erhöhten Wahrscheinlichkeit dahingehend, daß eine zeitliche Änderung, die in dem Bild stattfindet, nicht von einer Änderung unterscheidbar ist, die durch den versuchsweisen (oder probierenden) Fokussierungsvorgang herbeigeführt wird. Daher neigt die anhand dieses Verfahrens ermittelte Steuerungsinformation dazu, mehrdeutig zu werden.
Im Falle einer binären Steuerung, die dadurch ausgeführt wird, daß einfach die Fokussierungsinformation mit einem Schwellenwert verglichen wird, würde in Übereinstimmung mit dem Probierverfahren oftmals eine fehlerhafte Ermittlung erfolgen, falls nach dem Erreichen einer Fokussierung ein Neustart der Fokussierung vorgegeben werden würde. In einem solchen Fall würde der Fokussierungsmotor trotz des scharfeingestellten Zustands von neuem anlaufen und dadurch die Bildqualität durch Verunschärfen eines Bildes aus einem scharfeingestellten Zustand heraus stark verringern.
Vor der vorliegenden Erfindung eingereichte, sich auf die automatische Fokussierung beziehende Patentanmeldungen sind unter anderem die US-Patente US-A- 4,762,986 und US-A-4,804,831.

Kurze Beschreibung der Erfindung:

Diese Erfindung ist auf die Lösung der vorstehend genannten Probleme des Standes der Technik gerichtet. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Fokussiersystem zu schaffen, welches einen Fokussierungsvorgang auf ein beliebiges, sich auf komplexe Art und Weise änderndes Objekt immer präzise weiterführen kann.
Als zweite Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, ein automatisches Fokussiersystem zu schaffen, welches derart ausgebildet ist, daß eine Fokussierungs-Steuerungsinformation aus einem Bildsignal erhalten wird, und welches eine optimale Steuerung durch Ausführen einer Fuzzy-Schlußfolgerung bei der Verarbeitung mehrdeutiger Informationen erzielen kann.
Die europäische Patentspezifikation EP-A-0,297,587 offenbart eine automatische Fokussiervorrichtung, nicht jedoch die Verwendung einer Fuzzy-Logik oder Schlußfolgerung in deren Steuerungsanordnung.
In Übereinstimmung mit der Erfindung werden eine automatische Fokussiervorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und ein automatisches Fokussierverfahren gemäß Patentanspruch 12 bereitgestellt.
Die Erfindung beinhaltet ebenfalls eine Videokamera, die eine wie vorstehend angegebene automatische Fokussiervorrichtung umfaßt.
Zum leichteren Verständnis der Erfindung werden nachstehend Ausführungsbeispiele derselben beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm, welches die Anordnung eines automatisches Fokussiersystems zeigt, das in Übereinstimmung mit der Erfindung als ein erstes Ausführungsbeispiel derselben ausgestaltet ist;
Fig. 2 ein Diagramm, welches die Charakteristik eines Fokussierungs-Steuerungssignals zeigt, das sich in Übereinstimmung mit dem Scharfeinstellungszustand ändert;
die Fig. 3(a) und 3(b) Diagramme zum Erklären eines normalisierten Kantensignals;
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm, welches den Steuerungsalgorithmus zeigt, der in Übereinstimmung mit der Erfindung ausgeführt wird;
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm, welches den in Übereinstimmung mit der Erfindung ausgeführten Neustart- Steuerungsalgorithmus zeigt;
Fig. 6 die Charakteristik einer Eingangs-Steuerungsinformation, die zur Ermittlung des Scharfeinstellungszustands zu verwenden ist;
die Fig. 7(a), 7(b) und 7(c) Vorgänge, die ausgeführt werden, um die zugeführte Steuerungsinformation zu übernehmen;
die Fig. 8(a) bis 8(f) zeigen Zugehörigkeitsfunktionen, die zur Steuerung verwendet werden;
Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Steuerungsalgorithmus des Steuerungsvorgangs eines automatisches Fokussiersystems zeigt, das gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordnet ist;
Fig. 10 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Steuerungsalgorithmus des Steuerungsvorgangs eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt;
die Fig. 11(a) und 11(b) zeigen Zugehörigkeitsfunktionen, die sich auf den Steuerungsalgorithmus gemäß Fig. 10 beziehen;
Fig. 12 ist eine Zustands-Einstelltabelle, die zum Ermitteln des Scharfeinstellungszustands bereitgestellt ist;
Fig. 13 eine Zustands-Einstelltabelle, die verwendet wird, um Steuerungsbedingungen mit Eingangsinformationen in den Steuerungsalgorithmen der Fig 10, 11(a) und 11(b) zu vergleichen;
Fig. 14 eine Beziehung zwischen einem Fokussierungs- Steuerungssignal, welches sich mit dem Scharfeinstellungszustand ändert, und einer Fokussierungslinsen- An-triebsgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit dem Scharfeinstellungszustand;
Fig. 15 ein Ablaufdiagramm, welches den Algorithmus für die Fokussierungslinsen-Antriebsgeschwindigkeit zeigt, der gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird; die Fig. 16(a), 16(b) und 16(c) die Zugehörigkeitsfunktionen von von dem vierten Ausführungsbeispiel verwendeten Fuzzy-Schluß folgerungs-Steuerungsregeln;
Fig. 17 anhand eines Beispiels einen Ausgangssignal- Berechnungsvorgang in Übereinstimmung mit einer Fuzzy-Schlußfolgerung;
Fig. 18 ein Blockdiagramm, welches ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
die Fig. 19(a) und 19(b) eine Regel-Festlegungstabelle, die für einen Geschwindigkeits-Steuerungsalgorithmus gemäß der Erfindung verwendet wird.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die Einzelheiten des automatisches Fokussiersystems gemäß der Erfindung werden nachstehend anhand der Ausführungsbeispiele desselben unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt anhand eines Blockdiagramms die Anordnung eines automatischen Fokussiersystems einer Video-Kamera, welche die Erfindung als ein erstes Ausführungsbeispiel derselben ausgestaltet. Bezugnehmend auf Fig. 1 wird durch eine Fokussierungslinse 101 einfallendes Licht durch einen Bilderfassungsblock 102, der aus einem Bildsensor und einer Signalverarbeitungsschaltung besteht, in ein Bildsignal 103 konvertiert. Der Bildsensor ist ein CCD-Element oder dergleichen. Die Signalverarbeitungsschaltung ist so angeordnet, daß sie das Signal des Bildsensors verarbeitet. Das Bildsignal 103 wird sowohl direkt als auch indirekt - über ein Hochpaßfilter 104 - einer Signalverarbeitungsschaltung 105 zugeführt. Die Signalverärbeitungsschaltung 105 ist so angeordnet, daß sie eine Hochfrequenzsignalkomponente, die als Fokussierungsinformation zum Ermitteln des Scharfeinstellungszustands des Bilds verwendet wird, ein normalisiertes Kantensignal und ein Signalgemisch derselben erzeugt.
Das normalisierte Kantensignal zeigt die Breite des Kantenabschnitts der Kontur oder dergleichen des in der Bilderfassungsebene des Bildsensors abgebildeten Objekts an. Der Wert des Kantensigmals nimmt entsprechend ab, je weiter sich die Fokussierungslinse einem Scharfeinstellungspunkt annähert. Dieses Signal ermöglicht, daß die Fokussierungserfassung mit einem hohen Genauigkeitsgrad erfolgt, weil es nicht durch den Kontrast des Objekts beeinflußt wird. Die Details der Anordnung zum Ermitteln des Kantensignals wurden in dem US-Patent Nr. 4,804,831 offenbart. Daher wird die Anordnung im folgenden nicht weiter beschrieben.
Ein A/D (Analog-Digital-)Wandler 106 ist so angeordnet, daß er diese Signale A/D-wandelt und die auf diese Art und Weise erhaltenen Signale einem Mikrocomputer 107 zuführt. Der Mikrocomputer 107 ist so angeordnet, daß er in Übereinstimmung mit diesen Signalen die Antriebsgeschwindigkeit eines Fokussierungsmotors M ermittelt, der für den Antrieb der Fokussierungslinse sowie zum Steuern der Fokussierungslinse 101 durch einen Fokussierungstreiber 108 bereitgestellt ist. Im Zuge der Ermittlung der Antriebsgeschwindigkeit des Fokussierungsmotors M berechnet der Mikrocomputer 107 eine Schärfentiefe als Nebeninformation. Zu diesem Zweck ermittelt der Mikrocomputer 107 mittels eines Zoom-Encoders 109 und eines Blenden-Encoders 110 Daten hinsichtlich der Brennweite bzw. Daten hinsichtlich des Blendenwerts zur Verwendung für die Berechnung der Geschwindigkeit, mit der die Fokussierungslinse 101 bewegt bzw. angetrieben werden muß. Dies beruht darauf, daß sich bei der Scharfeinstellung die Positionsempfindlich keit der Fokussierungslinse mit der Schärfentiefe ändert.
Die Änderungscharakteristiken der Hochfrequenzsignalkomponente und des normalisierten Kantensignals, die durch die Signalverarbeitungsschaltung 105 in Bezug auf die Position der Fokussierungslinse ermittelt werden, sind wie in Fig. 2 gezeigt. Bezugnehmend auf Fig. 2 bezeichnet ein Bezugszeichen 201 die Anderungscharakteristik der Hochfrequenzsignalkomponente des Bild- (Video-) Signals und ein Bezugszeichen 203 die des normalisierten Kantensignals. Die vorstehend genannte Hochfrequenzsignalkomponente ist eine Komponente eines Luminanzsignals, welches durch das Hochpaßfilter (HPF) 104 extrahiert wird. Das normalisierte Kantensignal wird, wie im einzelnen in dem US-Patent Nr. 4.804,831, das sich auf die vorstehend genannte japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. SHO 63-128878 etc. bezieht, beschrieben, durch Berechnen einer Signalkomponente ermittelt, die der Breite des Kantenabschnitts eines durch Normalisierung - mit dem Kontrast des Objektbildes - eines Differentialwerts, der durch Differenzieren der durch das Hochpaßfilter hindurch geleiteten Hochfrequenzsignalkomponente erhaltenen Objektbildes ermittelt wurde, entspricht.
Alle diese -Signale erreichen ihre Spitzen- oder Scheitelwerte, wenn ein scharfeingestelltet Zustand erreicht wird. Die Fokussierungsteuerung kann daher regelmäßig so ausgeführt werden, daß die Fokussierungslinse nach dem "hill climbing"- oder "Hügelanstiegs"-Verfahren in Richtung des Spitzen- oder Scheitelwerts angesteuert wird. Ferner erreicht das Kantenbreitensignal in einem Scharfeinstellungspunkt einen Minimalwert. Der tatsächliche Vorgang wird daher unter Verwendung des Reziproken desselben so ausgeführt, daß der Reziprokwert im Scharfeinstellungspunkt einen Maximalwert annimmt.
Ein Unterschied zwischen der Hochfrequenzsignalkomponente und dem normalisierten Kantensignal besteht in der Steilheit des Scheitelwerts in der Nachbarschaft des Scharfeinstellungspunkts. Das normalisierte Kantensignal bildet nur in der Nachbarschaft des Scharfeinstellungspunkts einen steil verlaufenden Spitzenwert aus, jedoch nur selten irgendeinen hügelförmigen Verlauf an stark von dem Scharfeinstellungspunkt abweichenden Punkten. Dies stellt eine zuverlässige Information zur Fokussierungserfassung bereit. Indessn bildet die Hochfrequenzsignalkomponente einen moderaten Spitzenwert. Daher wird die Information hinsichtlich der Hochfrequenzsignatkomponente so festgelegt, daß die Antriebsrichtung der Fokussierungslinse selbst im Fall eines außerordentlich stark unscharfen Zustands des Bilds leicht ermittelbar wird.
Ein Bezugszeichen 205 bezeichnet einen Differentialwert des normalisierten Kantensignals, der erhalten wird, wenn die Fokussierungslinse 101 in Richtung der Entfernungseinstellungs "Unendlich" bewegt wird. Dieser Wert erreicht einen Spitzenwert in der Nachbarschaft des Scharfeinstellungspunkts. Der Differentialwert des normalisierten Kantensignals wird zur Entscheidung herangezogen, die Fokussierungslinse anzuhalten, wenn ein scharfeingestellter Zustand erreicht ist.
Die in durchbrochener Linie ausgeführten Kurven 202 und 204 repräsentieren die Charakteristiken oder Kennlinien der Hochfrequenzsignalkomponente bzw. des im Falle großer Schärfentiefe erhaltenen normalisier ten Kantensignals. In diesem Fall werden ihre Charakteristiken flacher, um moderatere Steigungen bzw. Anstiege zu zeigen. In Fällen, in welchen die Schärfentiefe größer wird, muß daher das Steuerungsdatum, welches auf der Grundlage der normalen Charakteristiken 201 und 203 festgelegt wird, in Übereinstimmung mit der Steigungsänderung korrigiert werden
Information hinsichtlich der normalisierten Kante wird ferner wie folgt beschrieben: Fig. 3(a) zeigt ein Bildsignal, welches einen Kantenabschnitt des Bilds repräsentiert. Fig. 3(b) zeigt den differentiellen Signalverlauf des Bildsignals. Ein Bezugszeichen 301 bezeichnet den Signalverlauf des Signalpegels, der erhalten wird, wenn der Kontrast des Objekts hoch ist, und ein Bezugszeichen 302 bezeichnet einen Signalverlauf, der im Falle eines geringen Kontrasts erhalten wird Die für die Fokussierungsermittlung notwendige Information wird durch die Breite Δx eines schräg verlaufenden Abschnitts repräsentiert. Wird dies auf den differentiellen Signalverlauf 303 gemäß Fig. 3(b) übertragen, dann hängt die Höhe Δh des schräg verlaufenden Abschnitts von dem Kontrast ab. Daher hängt auch der Bereich 5 eines Erhebungsabschnitts 304 mit dem Spitzenwert an seinem Scheitel von dem Kontrast ab. Wird dieser Signalverlauf als Dreieck angesehen, kann der Bereich 5 wie folgt ausgedrückt werden:
ΔS = Δx Δh
Daher wird Δx = S / Δh.
Auf diese Art und Weise kann die Breite Δx des schräg verlaufenden Abschnitts der normalisierten Kante, die von dem Kontrast unabhängig ist, erhalten werden. Die Signalverarbeitungsschaltung 105 führt diesen Berechnungsvorgang durch. Da jedoch diese Schaltung wie vorstehend erwähnt in Übereinstimmung mit einer bekannten Anordnung angeordnet werden kann, werden die Einzelheiten der Schaltung 105 an dieser Stelle nicht beschrieben.
Fig. 4 zeigt vereinfacht den in Übereinstimmung mit dieser Erfindung zu verwendenden Steuerungsalgorithmus. Im wesentlichen gibt es zwei Steuerungsschleifen. Eine davon ist eine Fokussierungsmotor-Steuerungsschleife, die wie nachstehend ausgeführt wird: in einem Schritt 1 wird der Fokussierungsmotor gesteuert. In einem Schritt 2 erfolgt eine Überprüfung des Scharfenstellungszustands. Falls ein scharfeingestellter Zustand aufgefunden wird, erreicht der Steuerungsablauf einen Schritt 3, in dem der Motor angehalten wird. Falls nicht, kehrt der Ablauf zu Schritt 1 zurück, um die Motorantriebssteuerung fortzusetzen. Die andere ist eine Neustart-Ermittlungsschleife, die auf die folgende Art und Weise ausgeführt wird: wird der Fokussierungsmotor nach der Erfassung des scharfeingestellten Zustands in Schritt 2 in Schritt 3 zum Stillstand gebracht, erreicht der Ablauf einen Schritt 4, um zu ermitteln, ob der Motor erneut gestartet werden muß, indem eine Prüfung auf eine Abweichung aus einem Scharfeinstellungspunkt ausgeführt wird. In dem tatsächlichen Steuerungsprozeß wird pro Halbbild jede der beiden Steuerungsschleifen einmal abgearbeitet. Innerhalb der Steuerungsschleifen wird in Übereinstimmung mit dem Ergebnis jeder Überprüfungs- und Ermittlungsroutine von einer Schleife zu der anderen hin gewechselt.
Die Fokussierungsmotor-Steuerungsroutine gemäß Schritt 1 wird wie nachstehend beschrieben: dies ist ein "Hügelanstiegs"-Steuerungsvorgang, der in Übereinstimmung mit dem wie vorstehend beschriebenen Signalverlauf gemäß Fig. 2 ausgeführt wird. Die Richtung, in die die Fokussierungslinse angetrieben werden muß, wird auf der Grundlage der Hochfrequenzsignalkomponente ermittelt. Sodann wird ein Scharfeinstellungspunkt durch das normalisierte Kantensignal erfaßt.
In diesem Beispiel tritt das folgende Problem auf: während des tatsächlichen Fotografiervorgangs erzeugen Rauschen oder das Objekt einen lokalen Spitzenwert in dem Signalverlauf. Mit-anderen Worten tritt ein Spitzenwert des Kurvenverlaufs an einer Position auf, die von dem Bediener der Kamera nicht beabsichtigt ist, und führt so zu einem fehlerhaften Betriebsvorgang, der sich dahingehend auswirkt, daß die Fokussierungslinse angehalten wird, während ein gewünschtes, zu fokussierendes Objekt (oder Hauptobjekt) noch nicht scharfeingestellt ist. Dies ist ein ernster Nachteil des Systems. Um dies zu vermeiden, muß die Foküssierungsmotorsteuerungs-Eingangsinformation durch ein Filter, einen mittelwertbildenden Prozeß, etc., derart verarbeitet werden, daß gewährleistet wird, daß die Steuerung fehlerfrei den Hügel des maximalen Spitzenwerts erklimmt und daß der Motor nicht einfach an einem lokalen Spitzenwert angehalten wird.
Die Motorstop-Ermittlung nach dem Erreichen eines Scharfeinstellungszustands erfolgt durch die Scharfeinstellungszustand-Ermittlungsroutine, d.h. einer Stop-Ermittlungsroutine, des Schritts 2. Diese Routine wird wie folgt ausgeführt: der Differentialwert 205 des normalisierten Kantensignals wie in Fig. 2 gezeigt bildet einen Spitzenwert unmittelbar vor dem Scharfeinstellungspunkt. Daher wird angenommen, daß ein Nulldurchgangspunkt, der als nächstes nach der Erfassung des Spitzenwerts ermittelt wird, der Scharfeinstellungspunkt ist, und der Fokussierungsmotor wird dementsprechend angehalten. Nach dem Anhalten des Fokussierungsmotors erreicht der Steuerungsablauf die Neustart-Ermittlungsschleife des Schritts 4.
Die Neustart-Ermittlungsschleife wird wie folgt ausgeführt: der Grad der Unschärfe des Objektbilds wird erfaßt. In Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Unschärfeerfassung wird entschieden, ob der Fokussierungsmotor erneut gestartet werden muß oder nicht. Während der Abarbeitung dieser Schleife muß eine präzise Unterscheidung zwischen einem Scharfeinstellungszustand und einem Defokussierungszustand erfolgen. Falls die Wahrscheinlichkeit, einen Unschärfezustand fälschlicherweise als einen Scharfeinstellungszustand anzunehmen, hoch ist, kann der Fokussierungsmotor trotz des Unschärfezustands nicht wieder gestartet werden, um zu einem seriösen Resultat zu führen. Falls die Wahrscheinlichkeit, daß der Motor durch die fälschlicherweise Annahme eines Scharfeinstellungszustands als einen Defokussierungszustand erneut gestartet wird, hoch ist, wird der Fokussierungsvorgang instabil und verschlechtert dadurch die Bildqualität. Um dies zu vermeiden, erfolgt in der Neustart-Ermittlungsschleife eine Unterscheidung zwischen einem Scharfeinstellungszustand und einem Defokussierungszustand dadurch, daß die Fokussierungslinse nach der Erfassung einer beliebigen Bildänderung aufgrund einer Änderung in der Eingangsinformation um einen sehr kleinen Betrag bewegt wird. Der Algorithmus dieses Steuerungsvorgangs ist in Fig. 5 gezeigt.
In Fig. 5 zeigt ein Schritt 10 eine Fokussierungsmotor-Steuerungsschleife, die aus den Schritten 1 und 2 gemäß Fig. 4 besteht. In einem Fall, in dem sich die zur Erfassung des Scharfeinstellungszustands verwendete Eingangsinformation ändert, nachdem der Fokussierungsmotor bei erreichtem Scharfeinstellungszustand angehalten ist, wird diese Änderung in einem Schritt 11 durch eine Eingangsinformationsänderungs- Erfassungsroutine erfaßt. Sodann erreicht der Steuerungsablauf einen Schritt 12, um eine probeweise Scharfeinstellung mittels einer Probierroutine durchzuführen. In der Probierroutine wird die Fokussierungslinse versuchsweise um einen geringen Betrag in jede Richtung bewegt. Der aktuelle Scharfeinstellungszustand wird durch versuchsweises Ändern desselben erfaßt. Mit anderen Worten wird die Fokussierungs-Ermittlungsinformation durch diesen Vorgang abgetastet, um herauszufinden, ob sich die aktuelle Position der Fokussierungslinse in dem Spitzenwert bzw. Scheitelpunkt des Hügels der Kurve befindet.
Diese Ermittlungsroutine wird wie folgt unter Bezugnahme auf Fig. 6 genauer beschrieben: bezugnehmend auf Fig. 6 werden zunächst jeweils der Pegel der Hochfrequenzsignalkomponente 404, der in der aktuellen Scharfeinstellungsposition 401 ermittelt wird, und der des normalisierten Kantensignals 405 abgetastet. Sodann wird die Position der Fokussierungslinse 101 geringfügig in Richtung des Pfeils (1) bewegt, und die Daten jedes der Signale (oder der vorstehend genannten Pegel) werden an einer Scharfeinstellungsposition 402, die in der Linsenbewegungsrichtung erhalten wird, abgetastet. Danach wird die Linse erneut geringfügig in Richtungen der Pfeile (2) und (3) bewegt. Sodann werden die Daten jedes Signals ebenso abgetastet. An dem Punkt 401 werden die Daten jedes Signals zu Beginn und am Ende und infolgedessen zweimal abgetastet. Nach der Abtastung erreicht der Steuerungsablauf einen Schritt 13. In Schritt 13 wird eine Scharfeinstellungszustand-Errnittlungsroutine unter Verwendung der an den vorstehend genannten vier Abtastpunkten erhaltenen Daten ausgeführt.
In der Scharfeinstellungszustand-Ermittlungsroutine gemäß Schritt 13 wird eine Schlußfolgerungs-Unterscheidung zwischen einem Scharfeinstellungszustand und einem Defokussierungszustand auf der Grundlage der durch den vorstehend genannten Probierprozeß erhaltenen vier Datenpaare und einer Änderung oder Differenz der im Scharfeinstellungszustand erhaltenen jüngsten zurückliegenden Daten (d.h. einer Änderung der Eingangsinformation) durchgeführt. Wenn ermittelt wird, daß sich die Linse in einer scharfeingestellten Position befindet, kehrt der Ablauf zu Schritt 11 zurück, um eine Überprüfung auf irgendeine Änderung der Eingangsinformation durchzuführen. Falls keine Änderung aufgefunden wird, erreicht der Ablauf den Schritt 14, um durch Ausführen einer Neustartrichtungs-Ermittlungsroutine die Neustartrichtung festzulegen. Nach Schritt 14 kehrt der Ablauf zu Schritt 10 zurück, um durch Ausführen der Fokussierungsmotor- Steuerungsschleife den Antriebsvorgang für die Fokussierungslinse erneut zu starten.
In der Scharfeinstellungs zustand-Ermittlungsroutine wird, falls keine zeitliche Änderung in dem Bild auftritt, ein Datensatz in einem nach oben hin konvex ausgebildeten Verlauf für eine Änderung im Scharfeinstellungszustand wie anhand eines Beispiels gemäß Fig. 6 gezeigt ermittelt. Für ein wirkliches AF-System ist es jedoch wichtig, daß es eine adäquate dynamische Charakteristik aufweist, d.h., daß es ein adäquates Ansprechvermögen auf in dem Bild und der Eingangsinformation auftretende zeitliche Änderungen hat. Dies bezieht sich nicht nur auf das schnelle Ansprechvermögen, sondern auch auf die Fähigkeit zum Unterdrücken unnötiger Störungen und auf die Stabilität.
In Wirklichkeit sind einige zeitliche Änderungen etc. in dem durch die probeweise Scharfeinstellung erhaltenen Datensatz enthalten. Um genau zu sein, ist eine akkurate Fokussierungsermittlung in vielen Fällen schwierig. Die Faktoren, die in dem durch die probeweise Scharfeinstellung erhaltenen Datensatz enthalten sein können, sind wie nachfolgend aufgestellt:
(1) Änderungen der Fokussierung: kleine Fokussierungs-Fluktuationen, die aus der probeweisen Scharfeinstellung resultieren.
(2) Zeitliche Bildänderungen (Änderungen des Objekts) : Änderungen der Eingangsinformation aufgrund einer Änderung des Kontrastes, während der Objektabstand unverändert bleibt.
(3) Zeitliche Bildänderungen (Änderungen des Abstands bzw. der Entfernung).
(4) Zoomvorgänge, Schärfentiefe und Rauschen.
Zum Ermitteln eines Scharfeinstellungszustands wird nur der Faktor (1) benötigt. Es ist jedoch schwierig, die Faktoren (1) bis (3) und das Rauschen (4) präzise voneinander zu unterscheiden. Es ist lediglich möglich, auf diese Faktoren aus dem Eingangsdatenmuster rückzuschließen. Mit anderen Worten kann davon ausgegangen werden, daß solche unbestimmten Faktoren immer in solchen Fallen existieren, in denen sich das Objektbild während des tatsächlichen Fotografiervorgangs fortlaufend ändert.
Um mit solchen unbestimmten Faktoren der Eingangsdaten zurecht zu kommen, ist das erfindungsgemäße automatische Fokussiersystem so angeordnet, daß es die sogenannte Fuzzy-Schlußfolgerung für die Scharfeinstellungszustand-Ermittlungsroutine des Schritts 13 anwendet. Fig. 12 zeigt als Tabelle 1 einige Regeln, die zum Ermitteln des Scharfeinstellungszustands auf der Grundlage der Fuzzy-Schlußfolgerung verwendet werden.
Die Formel jedes Bedingungsteils dieser Regeln wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7(a), 7(b) und 7(c) wie nachstehend beschrieben:
Fig. 7(a) zeigt auf einer Zeitachse das durch die probeweise Scharfeinstellung erhaltene Datenabtastmuster. In Fig. 7(a) bezeichnet ein Bezugszeichen 501 Eingangsdaten, die den Scharfeinstellungszustand anzeigen. Mit anderen Worten geben die Daten 501 Informationen über dem Pegel der Hochfrequenzsignalkomponente oder Informationen über die normalisierte Kante. Bezugszeichen 502 bis 505 bezeichnen jeweils die vorstehend genannten Datenabtastpositionen, die sich zeitlich unterscheiden. Nachstehend werden diese Daten jeweil als Datum 1, Datum 2, Datum 3 und. Datum 4 bezeichnet. Eine durchbrochene Linie 508 in Fig. (7) zeigt eine Änderung, von der angenommen wird, daß sie auftritt, wenn die probeweise Scharfeinstellung, d.h. der versuchsweise kleine Scharfeinstellungsvorgang, nicht durchgeführt wird. Die Bezugszeichen 507-1 und 507-2 bezeichnen Unterschiede zwischen der Kurve 508 und den Daten, die durch Ausführen der probeweisen Scharfeinstellung abgetastet werden. Dies gibt den Faktor an, der aus den kleinen Änderungen des Scharfeinstellungszustands, d.h. den kleinen Bewegungen der Fokussierungslinse, resultiert. Diese Unterscliiede können jedoch nicht direkt ermittelt werden. Ein Bezugszeichen 506 bezeichnet den Betrag der Änderung, die innerhalb einer Zeitdauer zwischen dem Beginn und dem Ende der probeweisen Scharfeinstellung auftritt.
In der Tabelle 1 bedeutet ein Bedingungsteil (1) den Betrag der vorstehend genannten Änderung 506 aus Fig. 7(a). Die Länge der Zeit, die für die Fokussierung benötigt wird, nimmt dementsprechend zu, wenn der Änderungsbetrag 506 größer wird Daher kann darauf geschlossen werden, daß die Wahrscheinlichkeit eines nicht scharfeingestellten Zustands in Fällen, in welchen dieser Betrag groß ist, hoch ist.
Ein Bedingungsteil (2) der Tabelle 1 bedeutet einen Unterschied der aktuellen Eingangsdatenwerte von den Eingangsdatenwerten, die während des Wiederholens des Fokussierungs- und Stop-Ermittlungsprozesses der Scharfeinstellungszustand-Ermittlungsroutine, d.h. der Motorstop-Ermittlungsroutine der Fokussierungsmotor-Steuerungsschleife, zum letzten Zeitpunkt in der Vergangenheit ermittelt wurden. Im Hinblick auf den Grad der Änderung des Objekts kann angenommen werden, daß er dementsprechend zunimmt, wenn dieser Unterschied größer wird. Es kann daher darauf geschlossen werden, daß die Wahrscheinlichkeit einer Defokussierung in den Fällen hoch ist, in welchen dieser Unterschied groß ist.
Ein Bedingungsteil (3) der Tabelle 1 entspricht der in Fig. 7(b) gezeigten Darstellung. Fig. 7(b) zeigt das Eingangsdaten-Abtastmuster, wobei die Fokussierungslinsenposition wie im Fall der Fig. 6 entlang der Abszisse abgetragen ist. Es zeigt an, daß ein fokussierter Zustand am Scheitel des Hügels der Kurve erreicht ist. Ein Wert S1 = Datum 2 - Datum 1 und ein Wert S2 Datum 3 - Datum 1 haben negative Werte, während sich der Anfangspunkt 502 der probeweisen Scharfeinstellung an einer höher gelegenen Position befindet, um eine konvexe Struktur nach oben hin zu bilden. In diesem Beispiel kann darauf geschlossen werden, daß der Hügel entsprechend steiler und der Fokussierungsgrad entsprechend größer ist, weil S1 + S2 in größerem Ausmaß größer als 0 ist.
Ein Bedingungsteil (4) der Tabelle 1 bezieht sich auf einen Fall, in dem das Datenmuster - anders als im Bedingungsteil (3) - nicht konvex nach oben hin ausgebildet ist, und es kann angenommem werden, daß sich die Linse in der Nachbarschaft des Scheitelpunkts des Musters fast in einer Scharfeinstellposition befindet, wie beispielhaft in Fig. 7(c) gezeigt. Bezugnehmend auf Fig. 7(c) ist dies ein Fall, in dem der Pegel der Eingangsdaten, der an dem Scharfeinstellungspunkt 502 erhalten wird, größer ist als ein scharfeinstellbarer Grenzpegel 509. In diesem Fall nimmt die Wahrscheinlichkeit eines Scharfeinstellungszustands dementsprechend zu, weil ein Wert S+ in der positiven Richtung und auch ein Wert S- in der negativen Richtung kleiner (in Absolutwerten größer) ist.
Im Fall der Fig. 7(c) ist das Datum 2, welches an einem Abtastpunkt 503 erhalten wird, größer als das Datum 1, welches an einem anderen Abtastpunkt 502 erhalten wird. Daher sind S1 = S+ und S2 = S-. Dies wird jedoch zu S1 = S- und S2 = S+ in einem Fall, in dem das Datum 2, welches an dem Abtastpunkt 503 erhalten wird, kleiner ist als das Datum 1, welches an dem Punkt 502 erhalten wird.
Der scharfeinstellbare Grenzwert 509 kann nicht eindeutig ermittelt werden und ist nicht meßbar. Es kann jedoch über S+ darauf geschlossen werden, ob das an dem aktuellen Abtastpunkt 502 erhaltene Datum größer oder kleiner ist als der scharfeinstellbare Grenzwert 509.
Die Fig. 8(a) bis 8(f) zeigen anhand eines Beispiels die Formen der Zugehörigkeitsfunktionen dieser Regel. Die Bedeutung der Zugehörigkeitsfunktion wird aus der Tabelle 1 deutlich. Bezugnehmend auf Fig. 8(a) geben Funktionen 601 und 602 die Wahrscheinlichkeit eines Zustands an, daß ein Wert Datum 4 - Datum 1 klein oder groß ist. In Fig. 8(b) geben Funktionen 603 und 604 die Wahrscheinlichkeit eines Zustands an, daß das aktuelle Datum - das neueste zurückliegende, zum Zeitpunkt der Fokussierung ermittelte Datum klein oder groß ist. In Fig. 8(c) geben Funktionen 605 und 606 die Wahrscheinlichkeit eines Zustands an, daß ein Wert S1 + S2 klein oder groß ist. In Fig. 3(d) geben Funktionen 607 und 608 die Wahrscheinlichkeit eines Zustands an, daß der Wert S+ klein oder groß ist. In Fig. 8(e) geben Funktionen 609 und 610 die Wahrscheinlichkeit eines Zustands an, daß der Wert S- klein oder groß ist. In Fig. 8(f) geben Ausgangs- Zugehörigkeitsfunktionen 611 und 612 die Wahrscheinlichkeit eines Zustands für einen defokussierten Zustand oder einen scharfeingestellten Zustand an.
Normalerweise werden Werte, die den Regeln entsprechen, durch die Eingangs-Zügehörigkeitsfunktionen der Fig. 8(a) bis 8(e) ersetzt. Dann wird an letzter Stelle eine UND-Bedingung aus den Ausgangs-Zugehörigkeitsfunktionen der Fig. 8(f) ermittelt und ein Schwerpunkt-Berechnungsvorgang über funktionelle Bereiche durchgeführt, die auf den Ausgangs-Zugehörigkeitsfunktionen, welche die Wahrscheinlichkeit angeben, daß die Regeln erfüllt werden, ausgebildet werden.
Der Berechnungsvorgang im in Fig. 8(f) gezeigten Schlußfolgerungsteil kann wie bei der allgemein praktizierten Fuzzy-Schlußfolgerung unter Verwendung von Zugehörigkeitsfunktionen durchgeführt werden. Mit anderen Worten wird zunächst die Wahrscheinlichkeit jeder Eingangs-Zugehörigkeitsfunktion im Hinblick auf ihre Konformität mit der anwendbaren Regel ermittelt; sodann wird der Schwerpunkt seiner äußeren Form auf der anwendbaren Ausgangs-Zugehörigkeitsfunktion durch Zuordnen derselben zu Ausgangs-Zugehörigkeitsfunktionen ermittelt. Dieses System ist so angeordnet, daß ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches ganz einfach einen scharfeingestellten oder einen nicht scharfeingestellten Zustand anzeigt. Daher kann das Ausgangssignal dadurch erhalten werden, daß ganz einfach die Evaluierungswerte der Bedingungsteile verglichen werden.
Nachstehend werden die Schärfentiefe und die Motorzoomfunktion, die eine Aufnahmebedingung definieren, wie folgt beschrieben: Die Schärfentiefe wird durch Berechnung aus einer durch den in Fig. 1 gezeigten Zoom-Encoder 109 erfaßten Brennweite und einem durch den Blenden-Encoder 110 erfaßten Blendenwert ermittelt. Wenn die Schärfentiefe groß wird, folgen die Hochfrequenzsignalkomponente und das normalisierte Kantensignal moderaten Kurvenverläufen, wie durch die Kurven 202 und 204 in Fig. 2 dargestellt. In diesem Fall ist der Umfang einer aus einer Änderung des Scharfeinstellungszustands resultierenden Signaländerung klein. Im einzelnen sind die Werte von Änderungen in den während des Vorgangs der probeweisen Scharfeinstellung abgetasteten Daten kleiner, wenn die Schärfentiefe groß ist. Daher müssen diese Werte korrigiert werden. Zu diesem Zweck werden die Eingangs-Abtastdatenwerte einem 5 kalierungspro zeß unterworfen, um sie für die eingestellte Zugehörigkeitsfunktion passend zu machen. Dieser Prozeß kann durch Skalieren der Abszisse der Zugehörigkeitsfunktion passend geändert werden derart, daß in der Schärfentiefe auftretende Änderungen kompensiert werden.
Die Schärfentiefe wird während des Motorzoomens größer, insbesondere im Weitwinkelbereich. In diesem Beispiel ändert sich der Scharfeinstellungszustand in geringerem Grad in Antwort auf denselben Grad der Bewegung der Fokussierungslinse. Daher muß die Fokussierungsgeschwindigkeit für eine höhere Folgegeschwindigkeit erhöht werden. Zu diesem Zweck ist das System so angeordnet, daß ein Motorzoomvorgang) (d.h. Zoomen mittels eines Motors) erfaßt, eine Defokussie rungszustand-Ermittlungsrate erhöht und der Fokussierungsmotor schneller gestartet wird. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist die Fokussierungsregel der Tabelle 1 wie folgt festgelegt: das Abschalten des Motorzooms von einer Weitwinkelposition zu einer Telephoto-Position (Weitwinkelbereich T Telebereich) kann durch einen Binärwert "1" oder "0"ausgedrückt werden. Die Regel kann wie folgt aufgestellt werden:
FALLS "der Grad der Konvexität nach oben hin groß oder nahe dem Spitzenwert" und "der Motorzoom (Weitwinkelbereich T Telebereich) ausgeschaltet" sind,
DANN ist scharfeingestellt.
Alternativ kann die Neustart-Ermittlungsschleife des Steuerungsablaufs gemäß Fig. 5 so geändert werden, daß zwischen die Schritte 11 und 12 eine Motorzoom (Weitwinkelbereich-Telebereich)-Erfassungsroutine in Form eines Schrittes 15 wie in Fig. 9 gezeigt eingefügt wird. Sodann wird die Steuerung in Übereinstimmung mit dem in Fig. 9 gezeigten Steuerungsablauf durchgeführt, in welchen dieselben Teile wie solche in Fig. 5 durch dieselben Schrittnummern bezeichnet sind.
Bezugnehmend auf Fig. 9 kehrt bei Erfassung eines Motorzoomvorgangs aus einer Telebereichposition in eine Weitwinkelposition der Ablauf zu Schritt 10 zurück, und bildet somit eine Fokussierungsmotor-Steuerungsschleife. In Schritt 10 wird der Fokussierungsmotor erneut gestartet. In einem Fall, in dem der Scharfeinstellungszustand durch eine Scharfeinstellungszustand-Ermittlungsroutine als nicht scharfeingestellt beurteilt wird, erreicht der Ablauf den Schritt 14, in dem die Richtung des Neustarts durch Ausführen einer Neustartrichtung-Entscheidungsroutine ermittelt wird. Danach kehrt der Ablauf zu Schritt 10 zurück, um die Fokussierungsmotor-Steuerungs schleife abzuarbeiten. In diesem Fall werden der Wert von Datum 2 und der Wert von Datum 3, die während des Prozesses der probeweisen Scharfeinstellung abgetastet werden, miteinander verglichen. Dann wird so entschieden, daß der Neustart in Richtung des größeren der Daten 2 und 3 erfolgt.
Im Fall des vorstehend beschriebenen Systems wird die Fuzzy-Schlußfolgerung nur zum Ermitteln eines scharfeingestellten Zustands in der Neustart-Ermittlungs(Entscheidungs-) Schleife verwendet. Es ist jedoch möglich, eine Eingangsinformationsänderungs-Erfassungsroutine eine Motorzoom-Erfassungsfunktion ausführen zu lassen und eine Fuzzy-Schlußfolgerung für diese Funktion anzustellen. Ein Beispiel einer derartigen Anordnung ist in einem Ablaufdiagramm in Fig. 10 gezeigt, in dem dieselben Abschnitte wie in Fig. 5 und 9 mit denselben Schrittnummern bezeichnet sind.
Bezugnehmend auf Fig. 10 ist ein Schritt 16 für die vorstehend genannte Eingangsinformationsänderungs- Erfassungsroutine bereitgestellt. Die Fuzzy-Schlußfolgerungs-Regeln für diese Routine sind wie in Tabelle 2 gemäß Fig. 13 gezeigt aufgestellt. Diesen Regeln entsprechende Zugehörigkeitsfunktionen sind näherungsweise in den Fig. 11(a) und 11(b) gezeigt.
In Fig. 11(a) geben Funktionen 701 und 702 die Wahrscheinlichkeit eines Zustands an, daß die Zeit des Weitwinkelbereich-Telebereich-Motorzoomems kurz oder lang ist. Die Wahrscheinlichkeit wird durch Anwenden der Regeln gemäß Fig. 13 auf die Zugehörigkeitsfunktionen, soweit anwendbar, ermittelt, und wird zur Berechnung eines Ausgangssignals verwendet. In Fig. 11(b) geben Funktionen 703, 704 und 705 die Wahrscheinlichkeit eines Zustands an, daß eine Eingangsinformationsänderung, d.h. der Absolutwert einer Differenz zwischen dem aktuellen Datum und dem jüngsten zurückliegenden, zur Zeit des scharfeingestellten Zustands ermittelten Datum, klein, mittel oder groß ist. Die Wahrscheinlichkeit wird durch Anwenden der Regeln gemäß Fig. 13 auf die Zugehörigkeitsfunktionen, soweit anwendbar, ermittelt und wird zur Berechnung eines Ausgangssignals verwendet.
Das Eingangsdatum beinhaltet die Zeit für den Weitwinkelbereich-Telebereich-Motorzoomvorgang und die Eingangsinformationsänderung (= das aktuelle Fokussierungs-Steuerungsdatum - das jüngste zurückliegende, zur Zeit des scharfeingestellten Zustands ermittelte Datum ).
In der Tabelle 2 ist eine Regel 1 zum Verbessern der Fähigkeit zum Folgen einer Fokussierungsänderung aufgrund eines Zoomvorgangs in Fällen, in welchen die Eingangsinformation durch Weitwinkelbereich-Telebereich-Motorzoomen geändert wird, bereitgestellt. In Übereinstimmung mit dieser Regel kehrt das System unverzüglich in die Fokussierungsmotor-Steuerungsschleife zurück. Die Regel 2 der Tabelle 2 ist bereitgestellt, um die probeweise Scharfeinstellung durchzuführen, falls die Zeit zum Weitwinkelbereich- Telebereich-Motorzoomen kurz ist, wenn sich die Eingangsinformation entweder in einem mittlerem Umfang oder in einem großen Umfang ändert. Die Regel 3 der Tabelle 2 ist zum Wiederholen der Eingangsinformationsänderungs-Erfassungsroutine in einem Fall, in dem sich die Eingangsinformation in geringem Ausmaß ändert und der Motorzoomvorgang für eine kurze Zeitdauer durchgeführt wird, bereitgestellt.
Das Ausgangssignal des Systems wird durch Vergleichen der Evaluationswerte der Bedingungsteile dieser drei Regeln und durch Auswählen des größten der Werte erhalten. Dies versetzt das System in die Lage, einen optimalen AF-Vorgang auf eine für jede der veränder ten Bedingungen passende Art und Weise durchzuführen.
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung einem AF-System der Bauart, die Fokussierungs-Steuerungsinformation aus einem Bildsignal ermittelt, und zwar auch dann, wenn das System das Probierverfahren anwendet, welches viele Unklarheiten mit sich bringt, daß hoch zuverlässig und stabil eine optimale Steuerung auf eine zu der Operabilität des Operators passende Art und Weise ausgeführt werden kann, weil das System auf geeignete Art und Weise über den Neustart der Fokussierung entscheidet, indem die Information in einem Zustand, der Mehrdeutigkeiten beinhaltet, durch einen Fokussierungsmotorneustart-Ermittlungsalgorithmus sowie auch durch Anwenden eines Fuzzy-Schlußfolgerungs-Algorithmus des Bewertens von Informationen unterschiedlicher Arten in einem organisch kombinierten Zustand bewertet wird. Dies beseitigt die Möglichkeiten, daß die Fokussierungslinse nicht bewegt wird, wenn dort ein nicht fokussierter Zustand ermittelt wird, und daß sich die Qualität von Bildern aufgrund eines schlechten Ansprechverrnögens verschlechtert.
Die vorstehende Beschreibung des automatischen Scharfeinstellvorgangs beinhaltet den Steuerungsalgorithmus, gemäß dem der Fokussierungslinsen-Bewegungsvorgang erneut gestartet wird, nachdem die Fokussierungslinse 101 im einem erreichten scharfeingestellten Zustand angehalten worden ist. Es ist jedoch sehr wichtig zum Ausführen des Scharfeinstellvorgangs auf eine natürliche Art und Weise, daß die Geschwindigkeit, mit der die Fokussierungslinse angetrieben wird, gesteuert wird.
Die Fokussierungslinsen-Antriebsgeschwindigkeit muß in Übereinstimmung mit den Umgebungsbedingungen einschließlich dem Fokussierungsgrad etc. fein gesteuert werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist so angeordnet, daß dieses Erfordernis erfüllt wird. Nachstehend wird die von dem Ausführungsbeispiel durchgeführte Fokussierungslinsen-Antriebsgeschwindigkeitssteuerung beschrieben.
Dieses Ausführungsbeispiel ist auf dieselbe Art und Weise aufgebaut wie das in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel. Daher werden in der nachfolgenden Beschreibung Einzelheiten der Anordnung nicht weiter beschrieben. Der Steuerungsvorgang gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird durch ein in einem Mikrocomputer 107 gespeichertes Steuerungsprogramm durchgeführt. Wie bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel wird die Fokussierungslinse 101 auch hier gemäß der "Hügelanstiegs"-Steuerung in Übereinstimmung mit den Änderungen der Hochfrequenzsignalkomponente des Video- (Bild-)Signals und des normalisierten Kantensignals, die von der Signalverarbeitungsschaltung 105 extrahiert werden, angesteuert.
Fig. 14 zeigt die Charakteristiken von Änderungen der Hochfrequenzsignalkomponente und des normalisierten Kantensignals, die bezogen auf die Position der Fokussierungslinse auftreten. Die Charakteristiken dieser Signalkomponenten sind ähnlich zu denjenigen, die in Fig. 2 gezeigt sind. Jedoch zeigt Fig. 14 die Fokussierungslinsen-Antriebsgeschwindigkeiten zusätzlich zu diesen Charakteristiken. Wie gezeigt, nimmt die Fokussierungslinsen-Antriebsgeschwindigkeit entsprechend zu, je weiter die Position der Linse von einem Scharfeinstellungspunkt abweicht, und nimmt entsprechend ab, je näher sie dem Scharfeinstellungspunkt kommt.
Fig. 15 zeigt vereinfacht den Steuerungsalgorithmus gemäß diesem Ausführungsbeispiel Der Steuerungsvorgang gemäß dem Ausführungsbeispiel kann in zwei grundlegende Steuerungsschleifen unterteilt werden. Bezugnehmend auf Fig. 15 wird eine der Steuerungsschleifen auf die folgende Art und Weise ausgeführt: in einem Schritt 20 wird der Antriebsvorgang des Fokussierungsmotors gesteuert. In einem Schritt 21 erfolgt eine Prüfung auf einen fokussierten Zustand in einem Schritt 21. Falls ermittelt wird, daß sich die Linse in einer fokussierten Position befindet, erreicht der Steuerungsablauf einen Schritt 23, um den Motor anzuhalten. Falls nicht, schreitet der Ablauf zu einem Schritt 22 fort, um eine Nullfluchtroutine (zero escape routine) auszuführen. Danach kehrt der Ablauf zu Schritt 20 zurück, um mit der Motorantriebssteuerung fortzufahren. Die andere Schleife ist eine Neustart-Ermittlungsschleife, die wie folgt ausgeführt wird: um - falls erforderlich - den Fokussierungsmotor, der zum Stillstand gebracht worden war, nachdem in Schritt 21 ein fokussierter Zustand ermittelt worden war, erneut zu starten, erreicht der Ablauf einen Schritt 24, um zu ermitteln, ob der Motor erneut gestartet werden muß, indem eine Prüfung dahingehend erfolgt, daß herausgefunden wird, ob die Linse von dem Scharfeinstellungspunkt abgewichen ist. Bei der wirklichen Ausführung der Steuerung wird ein Durchlauf jeder dieser Steuerungsschleifen pro Halbbild ausgeführt. Eine Steuerungsschleife wird in Übereinstimmung mit dem Ergebnis jeder der vorstehend genannten Ermittlungsroutinen zu der nächsten hin umgeschaltet.
Die Einzelheiten der Fokussierungsmotor-Steuerungsroutine des Schritts 20 sind wie nachstehend: die Steuerung wird auf die Art und Weise durchgeführt, daß der Hügel des in Fig. 2 gezeigten Signalverlaufs erklommen wird, wie vorangehgnd erwähnt. In Wirklichkeit sind die Hochfrequenzsignalkomponente und das normalisierte Kantensignal, die Eingangsinformationssignale darstellen, von dem Objekt abhängig. Die Signalverläufe nnd die Pegel derselben ändern sich mit dem Objekt, dessen Umgebung, etc. Das normalisierte Kantensignal wird theoretisch durch den Kontrast des Objekts nicht beeinflußt. In Wirklichkeit jedoch ist die Kantenkomponente selbst manchmal ein kleines Objekt. Außerdem kann in manchen Fällen das Kantensignal aufgrund der nachteiligen Wirkung des Signal/Rausch- oder S/N-Verhältnisses und des Dynamikbereichs der Schaltung nicht genau ermittelt werden. Daher beinhaltet die Eingangsinformation Mehrdeutigkeiten. Um mit solchen mehrdeutigen Daten fertig zu werden, ist das System derart angeordnet, daß der Fokussierungsmotor durch Anstellen einer Fuzzy-Schlußfolgerung gesteuert wird. Der Algorithmus des Steuerungsvorgangs ist wie nachstehend beschrieben:
Eine ideale Fokussierungsmotor-Geschwindigkeitssteuerung ist wie in dem unteren Teil der Fig. 14 gezeigt. Die Geschwindigkeit wird auf eine hohe Geschwindigkeit festgesetzt, wenn sich das Bild in einem stark unscharfen Zustand befindet und stark von einem fokussierten Zustand abweicht. Die Geschwindigkeit wird dementsprechend von einer mittleren Geschwindigkeit auf eine niedrige Geschwindigkeit geändert, wenn sich die Linse einem fokussierten Punkt annähert; und in dem fokussierten Punkt wird der Motor-bevorzugt angehalten. Es gibt jedoch keine klare Grenze zwischen den Geschwindigkeitsbereichen.
In Übereinstimmung mit den Regeln der Fuzzy-Schlußfolgerung wird die Beziehung der Geschwindigkeiten zu den Eingangsinformationen (oder Daten) wie durch eine Tabelle 3 gemäß den Fig. 19(a) und 19(b) ausgedrückt.
Bezugnehmend auf die Fig. 19(a) und 19(b) ist eine Regel 0 bereitgestellt, um den Motor anzuhalten, wenn das Kantensignal seinen Spitzenpegel erreicht (wenn ein scharfeingestelltet Zustand erreicht ist). Eine Regel 1 (7) ist für eine Hügelanstiegssteuerung mit hoher Geschwindigkeit im Falle großer Unschärfe bereitgestellt. Eine Regel 2 (8) ist für eine Rückwartsdrehung mit hoher Geschwindigkeit im Falle großer Unschärfe bereitgestellt. Eine Regel 3 (9) ist für eine Hügelanstiegssteuerung mit mittlerer Geschwindigkeit im Falle einer mittleren Unschärfe bereitgestellt. Eine Regel 4 (10) ist für eine Rückwärtsdrehung mit mittlerer Geschwindigkeit im Falle einer mittleren Unschärfe bereitgestellt. Eine Regel 5 (11) ist für eine Hügelanstiegssteuerung mit niedriger Geschwindigkeit in der Nachbarschaft eines Scharfeinstellungspunkts bereitgestellt. Eine Regel 6 (12) ist für eine Rückwärtsdrehung mit niedriger Geschwindigkeit in der Nachbarschaft eines Scharfeinstellungspunkts bereitgestellt. In der Tabelle 3 finden die Regeln 1 bis 6 auf Fälle Anwendung, in welchen die Fokussierungslinse durch den Fokussierungsmotor in Richtung des Abstandsposition "unendlich" verschoben wird. Die Regeln 7 bis 12 finden Anwendung auf Fälle, in welchen die Fokussierungslinse durch den Fokussierungsmotor in Richtung der Abstandsposition "möglichst nahe" verschoben wird.
In jeder der Formeln der Bedingungsteile ("FALLS" Teile) repräsentiert das linke Element der Formel eine Eingangsfunktion und das rechte Element die Zugehörigkeitsfunktion derselben. In jeder Formel repräsentieren "P-Klein" und "P-Groß" positive (P-) Werte; und "N-Klein" und "N-Groß" negative (N-)-Werte. In jedem der Ausgangsteile ("DANN"-Teile) repräsentiert das linke Element desselben die Ausgangsinformation und das rechte Element deren Zugehörigkeitsfunktion.
In der Eingangsinformation bedeutet der Ausdruck "Fokussierungsmotor", wie er in der Regel für den "Hügelanstieg" verwendet wird, die gegenwärtige Fokussierungsmotor-Antriebsrichtung (unmittelbar bevor die Schlußfolgerung erfolgt) . Der Ausdruck "Fokussierungsmotor", wie er in der Regel für die "umgekehrte Drehrichtung" verwendet wird, bedeutet eine Richtung, in der die Drehung des Fokussierungsmotors um eine Zeitdauer verzögert wird nach dem Bewirken der umgekehrten Drehung des Motors und bevor das Ergebnis der umgekehrten Drehung in der Eingangsinformation auftritt. Das Element auf der rechten Seite der Formel kann so angeordnet sein, daß es die Zugehörigkeitsfunktion in Übereinstimmung mit der Genauigkeit der Fokussierungsmotor-Antriebsrichtung-Erfassungseinrichtung repräsentiert Es ist ebenfalls möglich, einen Binärwert "1" oder "0" für das Element auf der rechten Seite zu verwenden.
Die Fig. 16(a), 16(b) und 16(c) zeigen vereinfacht die Zugehörigkeitsfunktionen entsprechend den Eingangs- und Ausgangsabschnitten der Tabelle 3. Fig. 16(a) zeigt die Zugehörigkeitsfunktionen relativ zu den Bedingungen der Größe und der Kleinheit von Pegeln des normalisierten Kantensignals und der Hochfrequenzsignalkomponente. Fig. 16(b) zeigt die Zugehörigkeitsfunktionen relativ zu der Größe, der Kleinheit und der Polarität (Richtung) der Differentialwerte des normalisierten Kantensignals und der Hochfrequenzsignalkomponente Fig. 16(c) zeigt die Zugehörigkeitsfunktionen relativ zu dem Ausgangssignal, d.h. der Geschwindigkeit, des Fokussierungsmotors.
In einem Fall, in dem die Eingangsinformation wie beispielsweise durch die Markierungen Δ und angegeben erhalten wird, wird ein Berechnungsvorgang wie folgt durchgeführt: es wird in diesem Fall angenommen, daß der Fokussierungsmotor in Richtung der unendlichen Entfernung arbeitet.
In diesem Fall sind die Regeln 0, 1 und 3 der Tabelle 3 gemäß Fig. 19(a) die anwendbarem Regeln. Weitere Regeln werden nicht verwendet, weil sie für diesen Fall ungeeignet sind. Für den Eingangswert jeder Formel jedes Bedingungsteils ist der Kreuzungspunkt der Zugehörigkeitsfunktion des Elements der rechten Seite der Formel der Evaluierungswert der die Regel repräsentierenden Formel. In diesem Beispiel liegt jede Bedingungsformel jeder Regel in einer && (UND)-Kombination vor. Daher wird der Minimalwert der Formel gleich dem Evaluierungswert des Bedingungsteils.
Im Fall der Regel 1 beispielsweise wird der Fokussierungsmotor in Richtung des Punkts unendlicher Entfernung angetrieben. Daher ist der Grad (die Wahrscheinlichkeit) der Konformität zu der Bedingung, daß "die Drehung des Fokussierungsmotors in Richtung der unendlichen Entfernung erfolgt", gleich "1". Der Konformitätsgrad des tatsächlichen Pegels der Hochfrequenzkomponente zu der Bedingung, daß "der Pegel der Hochfrequenzkomponente klein ist", wird auf die folgende Art und Weise erhalten: Der tatsächliche Pegelwert (angegeben durch die Markierung Δ) wird auf die in Fig 16(a) gezeigte Funktion angewandt, welche die Bedingung repräsentiert, daß die Hochfrequenzkomponente klein ist. Dann wird der Konformitätsgrad gleich 0,5. Bezugnehmend auf Fig. 16(b) kann der Konformitätsgrad des Differentialwerts der Hochfrequenzkomponente gegenüber der Bedingung, daß "der Fokussierungsmotor in der positiven Richtung angetrieben wird und der Differentialwert der Hochfrequenzkomponente klein ist" ebenfalls aus der Funktion P-Klein, die diese Bedingung repräsentiert, erhalten werden. Der Grad der Konformität zu dieser Bedingung wird demzufolge zu 0,4 ermittelt, wie in Fig. 16(b) gezeigt. Diese Prozesse können wie nachstehend gezeigt zusammengefaßt werden:

REGEL 1:

Drehrichtung des Fokussierungsmotors == Unendlich: 1
Hochfrequenzsignal == Klein: 0,5
Differentialwert des Hochfrequenzsignals == P-Klein: 0,4
Sodann wird mit UND der Evaluierungswert 0,4.
In dem Fall der Regel 0 kann der Grad, zu dem das normalisierte Kantensignal groß ist, aus Fig. 16(a) als 0,4 erhalten werden, und wird der Grad, zu dem der Differentialwert des normalisierten Kantensignals "0" ist, aus Fig. 16(b) zu 0,3 ermittelt. Dies kann wie nachstehend zusammengefaßt werden:

REGEL 0:

Normalisiertes Kantensignal == Groß: 0,4
Differentialwert des normalisierten Kantensignals == Zo: 0,3
Dann wird mit UND der Evaluierungswert 0,3.
Eine Zusammenfassung für die Regel 3 ist wie nachstehend:

REGEL 3:

Fokussierungsmotor == Unendliche Entfernung:
Hochfrequenzsignal == Klein: 0,5
Differentialwert des Hochfrequenzsignals == P-Groß: 0,6
Differemtialwert des normalisierten Kantensignals == P-Klein: 0,7
Dann wird mit UND der Evaluierungswert 0,5.
Das im Fall dieses Beispiels erhaltene Ausgangssignal wird wie in Fig. 17 gezeigt. Fig. 17 zeigt einen Berechnungsvorgang, der durchgeführt wird, um ein Fokussierungslinsen-Antriebsgeschwindigkeit-Ausgangssignal zu erhalten. In Fig. 17 bezeichnet ein Bezugszeichen 0 an einem mittleren Punkt der Zeichnung eine Geschwindigkeit 0, die bedeutet, daß sich die Fokussierungslinse im Ruhezustand befindet. Die Fokussierungslinsen-Antriebsrichtung in Richtung der Position des unendlichen Abstands ist auf der rechten Seite des mittleren Punkts 0 gezeigt. Die Linsen-Antriebsgeschwindigkeit nimmt entsprechend zu, je weiter der Ausgangssignalpunkt in dieser Richtung beabstandet ist. Die Fokussierungslinsen-Antriebsrichtung in Richtung der Position des kleinsten Abstands ist auf der linken Seite des mittleren Punkts 0 gezeigt. Die Linsen-Antriebsgeschwindigkeit nimmt entsprechend zu, je weiter der Ausgangssignalpunkt in dieser Richtung von dem mittleren Punkt 0 entfernt ist. In Fig. 17 geben ausgezogene Linien Werte an, die durch Multiplizieren des Ausgangssignals mit den Evaluierungswerten der vorstehend beschriebenen Bedingungsteile ermittelt. Das tatsächliche Ausgangssignal wird an dem Schwerpunkt des ausgezogenen Linienabschnitts, der durch einen nach unten zeigenden Pfeil markiert ist, erhalten. Dieser Schwerpunkt wird ermittelt, indem alle Grade von Konformität zu den vorstehend genannten, anwendbaren Regeln berücksichtigt werden. Dies ist ein Evaluierungswert, der auf geeignetste und natürtichste Art und Weise die aküuellen Bedingungen repräsentiert. Es ist daher am zweckmäßigsten, die Fokussierungslinse mit der durch diesen Schwerpunkt angegebenen Geschwindigkeit in Richtung der Position unendlicher Entfernung anzutreiben.
Das Verfahren zum Berechnen des Bedingungs-Konformitätsgrad-Evaluierungswerts und zum Ermitteln des Ausgangssignalwerts ist nicht auf das vorstehend genannte Verfahren beschränkt. Diese können auch mittels einem beliebigen anderen geeignetem Verfahren berechnet werden.
Die vorstehend genannte Steuerung auf der Grundlage der Fuzzy-Schlußfolgerung ermöglicht dem System, durch sanftes Steuern der Geschwindigkeit und der Richtung des Fokussierungsmotors relativ zu Eingangsinformation eine natürliche Fokussierungs-Steuerung durchzuführen.
Eine Stop-Ermittlungsroutine (oder -Entscheidungsroutine) wird wie nachstehend beschrieben: Wie vorangehend erwähnt, weist das normalisierte Kantensignal einen steil verlaufenden Scheitelpunkt in der Nachbarschaft des Scharfeinstellungspunkts auf. Daher weist auch das Differentialsignal des Kantensignals einen Scheitel unmittelbar vor dem Scharfeinstellungspunkt auf, wie durch die Kurve 205 in Fig. 14 angedeutet. Unteüerneuter Bezugnahme auf Fig. 15 wird die Scharfeinstellungszustand-Ermittlungsroutine, d.h. die Stop-Entscheidungsroutine, des Schritts 21 ausgeführt durch Erfassen des Scheitel- Signalverlaufs und nachfolgendem Anhalten des Fokussierungsmotors an einem dem Scheitel nächstliegenden Nulldurchgangspunkt. Falls entschieden wird, daß der Motor anzuhalten ist, gelangt der Steuerungsablauf zu der Neustart-Ermittlungsschleife des Schritts 24
Die Nullfluchtroutine des Schritts 23 wird wie folgt ausgeführt: Die Regeln der vorstehend genannten Fuzzy-Schlußfolgerung für die Fokussierungsmotor-Steuerungsroutine gewährleisten nicht immer, daß eine oder mehrere dieser Regeln auf irgendeine von verschiedenen natürlichen Bildaufnahmebedingungen anwendbar sind.
Mit anderen Worten kann eine beliebige der Regeln unter irgendwelchen speziellen Bedingungen während des Ablaufs der Motor-Steuerungsschleife nicht anwendbar sein, so daß das System die Schleife nicht mehr verlassen kann. Die Nullfluchtroutine ist als Mittel gegen solcherlei Situationen bereitgestellt. In der Nullfluchroutine wird der Steuerungsablauf bei Erfassung der Geschwindigkeit Null des Fokussierungsmotors zu der Neustart-Ermittlungsschleife hin weitergeschäben.
Die Einzelheiten der Neustart-Ermittlungsroutine des Schritts 24 sind wie folgt: der Ablauf erreicht den Schritt 24 für die Neustart-Ermittlungsschleife, wenn der Fokussierungsmotor bei Ermittlung eines fokussierten Zustands durch die Stop-Ermittlungsroutine oder dann, wenn durch die Nullfluchtroutine gefunden wird, daß keine Regel der Fuzzy-Schlußfolgerung anwendbar ist, angehalten wird. In der Neustart-Ermittlungsroutine erfolgt eine Prüfung auf einen scharfeingestellten Zustand jedesmal dann, wenn eine Änderung des Bilds über eine in der Eingangsinformation auftretende Änderung erfaßtwird. Falls ermittelt wird, daß die Linse nicht scharfeingestellt ist, wird der Fokussierungsmotor erneut gestartet, und der Steuerungsablauf gelangt zu Schritt 20, um die Fokussierungsmotor-Steuerungsschleife auszuführen. Ferner wird während der Ermittlung, ob die Linse scharfeingestellt ist, der Fokussierungsmotor versuchsweise um ein geringes Ausmaß bewegt, um auf dieselbe Art und Weise wie im Fall des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels zu ermitteln, ob sich die Fokussierungstinse an dem Scheitel des Hügels befindet.
Wie vorstehend beschrieben, können die Geschwindigkeit und die Richtung der Fokussierungslinse mittels dem die Fuzzy-Schlußfolgerung beinhaltenden automatischen Fokussierungs-Algorithmus sanft gesteuert werden.
Während die Hochfrequenzsignalkomponente und das normalisierte Kantensignal von dem beschriebenen System als Fokussierungs-Steuerungs information verwendet wird, kann das System gemäß dieser Erfindung so angeordnet sein, daß es anstelle derselben die Ausgangssignale einer Vielzahl von Hochpaßfiltern benutzt. Im einzelnen können eine Vielzahl von Frequenzbändern aus dem Videosignal extrahiert werden, weil eine sehr hochfrequente Komponente des Videosignals in der Nachbarschaft eines scharfeinstellungspunkts erhalten wird, während eine niedrigfrequente Komponente einem stark unscharfen Abschnitt entspricht.
Ein Beispiel der vorstehend beschriebenen Anordnung ist wie in Fig. 18 gezeigt ausgebildet. Die in Fig. 18 gezeigte Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung gemäß Fig. 1 in dem folgenden Punkt: eine Vielzahl von Hochpaßfiltern 701, 702, ... sind so angeordnet, daß die unterschiedliche Durchlaßcharakteristiken aufweisen, und daß die Notwendigkeit der Signalverarbeitungsschaltung 105 vermieden wird. In diesem Fall ist der A/D-Wandler 106 so angeordnet, daß er in zeitlicher Aufteilung bzw. im Zeitmultiplex eingesetzt wird. Die Charakteristiken der Hochpaßfilter sind derart ausgebildet, daß mit zunehmender Eckfrequenz ein entsprechend steiler verlaufender Scheitel in der Nachbarschaft eines Scharfeinstellungspunkts erzeugt wird, so daß die Form ihrer Charakteristiken der des normalisierten Kantensignals ähnelt. Ihr Dynamikbereich ist jedoch viel größer als der des normalisierten Kantensignals. Der Schlußfolgerungs- Algorithmus ähnelt dem für das normalisierte Kantensignal verwendeten Algorithmus. In diesem Fall wird die Verwendung des normalisierten Kantensignals durch die Hochfrequenzsignalkomponente mit dem steil verlaufenden Scheitel oder Spitzenwert ersetzt. Daher muß die Zugehörigkeitsfunktion in Übereinstimmung mit dem steilen Scheitel festgelegt werden.
Das System macht die Signalverarbeitungsschaltung 105, die während der Signalverarbeitung zum Berechnen des normalisierten Kantensignals verwendet wird, überflüssig. Dies ist ein Vorteil des Systems im Hinblick auf die Kosten.
Wie vorstehend beschrielen, verwendet das automatische Fokussiersystem gemäß dieser Erfindung den Fuzzy-Schlußfolgerungs-Algorithmus zum Steuern der Geschwindigkeit des Fokussierungsmotors. Das System ist daher so angeordnet, daß der Scharfeinstellungszustand unter Verwendung verschiedenartiger Informationen in einem organisch kombinierten Zustand evaluiert wird, wobei Mehrdeutigkeiten in der Fokussierungserfassungsinformation zugelassen sind. Diese Anordnung versetzt das System in die Lage, die Fokussierungs- Einstellgeschwindigkeit auf eine Geschwindigkeit festzulegen, die für eine beliebige von verschiedenen Situationen passend ist. Das erfindungsgemäße System ist daher in der Lage, zuverlässig und stabil eine optimale Steuerung des automatischen Fokussierungsvorgangs mit einem guten Ansprechvermögen auf eine Art und Weise, die dem Empfinden des Bedieners entspricht, durchzuführen.
Während in einem der beschriebenen Ausführungsbeispiele die Fuzzy-Schlußfolgerung auf den Neustart- Ermittlungsprozeß angewandt wird, wird im Fall eines anderen Ausführungsbeispiels die Fuzzy-Schlußfolgerung auf den Fokussierungs-Einstellgeschwindigkeit- Steuerungsprozeß angewandt. Es ist jedoch möglich, die Fuzzy-Schlußfolgerung auf beide dieser Steuerungsprozesse anzuwenden. Die Anordnung gemäß dieser Erfindung versetzt ein automatisches Fokussiersystem der Bauart, welche eine Scharfeinstellung für Bilder durchführt, die Informationen einschließlich vieler Mehrdeutigkeiten liefern, wie insbesondere im Fall eines sich bewegenden Objekts, in die Lage, die Steuerung auf eine natürlichere Art und Weise als das konventionelle System durchzuführen, indem die mehrdeutigen Information wie sie sind verarbeitet werden, anstatt lediglich eine binäre Entscheidung herbeizuführen.

Claims

1. Automatische Fokussiervorrichtung zum Fokussieren eines Bilds auf einer Bildaufnahmeeinrichtung (102), mit

einer Bildsignal-Verarbeitungseinrichtung (105) zum Ableiten aus einem mittels der Bildaufnahmeeinrichtung gebildeten Bildsignal (103) einer von Vielzahl von Parameter-Steuerungssignalen bezüglich einer Hochfrequenzkomponente des Bildsignals und die sich mit dem Fokussierzustand der Vorrichtung verändern,

einer Berechnungseinrichtung (107) zur Berechnung und zur Bildung einer Fokussierungs-Steuerungsinformation auf der Basis der Parameter-Steuerungssignale, und

einer Fokussierungs-Steuerungseinrichtung (108, M) zur Anpassung des Fokussierungszustands der Vorrichtung auf der Basis der Fokussierungs-Steuerungsinformation,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Verarbeitungseinrichtung vorgesehen ist zum Ableiten der Vielzahl der Parametersignale aus dem Bildsignal, von denen jedes in Abhängigkeit vom Fokussierzustand der Vorrichtung veränderlich ist und bei scharfeinstellungspositionen einen speziellen Wert annimmt, und daß die Berechnungseinrichtung die Fokussierungs-Steuerungsinformation berechnet mittels Durchführen eines Fuzzy-Schußfolgerungs-Algorithmus, in welchem die Parameter-Steuerungssignale bei einer vorbestimmten zugehörigkeitsfunktion (0-12) in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Regel ersetzt werden, wobei die Regel in der Weise definiert wird, daß eine Position relativ zum Scharfeinstellungszustand der Fokussierungs-Steuerungseinrichtung geschätzt wird und die Zugehörigkeitsfunktion vorgesehen ist zur Berechnung des Grads, mit welchem die Parameter-Steuerungssignale die Regel füllen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Berechnungseinrichtung eine Vielzahl von Regeln und eine Vielzahl von Zugehörigkeitsfunktionen einschließlich der vorbestimmten Zugehörigkeitsfunktion (0-12) zur Verwendung bei dem Fuzzy-Schußfolgerungs-Algorithmus aufweist, und wobei die Berechnungseinrichtung die Vielzahl von Signalen für die Zugehörigkeitsfunktionen in Abhängigkeit von den Regeln ersetzt zum Erhalten einer Fokussierungs-Steuerungsinformation zur Steuerung der Antriebsgeschwindigkeit der Fokuss ierungs-Steuerungseinrichtung und der Betriebsart der Fokussierungs- Steuerungseinrichtung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Berechnungseinrichtung vorgesehen ist zur Bestimmung, ob die Fokussierungs-Steuerungseinrichtung berechtigt ist oder nicht, einen Fokussierungs-Anpassungsvorgang der Fokussierungs-Steuerungseinrichtung erneut zu starten, nachdem die Fokussierung-Steuerungseinrichtung nach Erreichen eines Scharfeinstellungspunkts stillgesetzt wurde.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Berechnungseinrichtung vorgesehen ist zur Bestimmung des wiederholten Starts der Fokussierungs-Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von einer Änderung der erfaßten Signale, wenn die Fokussierungs-Steuerungseinrichtung entsprechend den mittels der Verarbeitungseinrichtung abgeleiteten Signale um einen sehr kleinen Betrag versetzt wird, oder einer Änderung im Objektbild selbst, einer Änderung in der Entfernung des Objektbilds oder einer Änderung der fotografischen Bedingungen wie der Schärfentiefe.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung in einer Betriebsart vorgesehen ist zum Ansteuern der Fokussierungs- Anpassungseinrichtung mit einer Geschwindigkeit, die in Abhängigkeit vom Grad der Abweichung des Fokussierungszustands von der Scharfeinstellungsbedingung veränderlich ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 5, wenn diese auf Anspruch 2 rückbezogen sind, wobei die Vielzahl der Signale ein aus dem Bildsignal herausgegriffenes Kantensignal (203) umfaßt, und wobei das Kantensignal der Breite eines Kantenbereichs eines mittels des Bildsignals dargestellten Objekts entspricht.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner eine Ausweicheinrichtung vorgesehen ist zum Veranlassen der Fokussierungs-Steuerungseinrichtung, jeder auf der Basis des Ausgangssignals der Berechnungseinrichtung durchgeführten Steuerung in dem Falle auszuweichen, daß die abgeleitete Information die vorbestimmten Regeln nicht erfüllt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Ausweicheinrichtung vorgesehen ist zum Versetzen der Steuerungsbetriebsart von einer Ansteuerungsgeschwindigkeits-Steuerungsbetriebsart zu einer Wiederholungsbestimmungs-Betriebsart, wenn die Ansteuerungsgeschwindigkeitssteuerung unmöglich wird, da die aus einem Bildsignal abgeleitete Information nicht die vorbestimmten Regeln erfüllt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Ausweicheinrichtung vorgesehen ist zur Änderung der Betriebsart der Fokussierungs-Steuerungseinrichtung von einer Geschwindigkeits-Steuerungsbetriebsart zur Steuerung der Geschwindigkeit, mit der die Fokussierungsbedingung geändert wird, zu einer Wiederholungsbestimmungs-Betriebsart zur Bestimmung eines erneuten Starts des Fokussierungsanpassungsvorgangs, wenn die Geschwindigkeits-Steuerungsbetriebsart unmöglich wird, da die aus dem Bildsignal abgeleitete Information die Regeln nicht erfüllt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Objektiv, und wobei die Fokussierungs-Steuerungseinrichtung eine Vielzahl von Betriebsarten aufweist, die eine Versuchsbetriebsart umfassen zum Ansteuern des Objektivs in einer Richtung in Abhängigkeit von den Parametersignalen, und eine Scharfeinstellungszustandbedingungs-Betriebsart zur Bestimmung, ob sich das Objektiv im Scharfeinstellungszustand befindet, und ferner mit einer Einrichtung zum Auswählen zwischen den Betriebsarten in Abhängigkeit von einer vorbestimmten, mittels der Erfassungseinrichtung erfaßten Bedingung.

11. Video-Kamera mit einer Bildaufnahmeeinrichtung (102) zum fotoelektrischen Umwandeln eines auf der Bildaufnahmeebene gebildeten Objektbilds und einer automatischen Fokussierungsvorrichtung einschließlich eines Objektivs (101) zum Fokussieren eines Bilds auf der Aufnahmeeinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.

12. Verfahren zur Steuerung der Fokussierung einer Kamera durch Ableiten einer Vielzahl von Parameter- Steuerungssignalen bezüglich einer Hochfrequenzkomponente des Bildsignals aus einem mittels des Bildsensors in der Kamera erzeugten Bildsignal, wobei jedes der Parameter- Steuerungssignale in Abhängigkeit von der Bedingung des Fokussierungszustands des Bilds auf dem Bildsensor veränderlich ist und ein Maximum in den Scharfeinstellungspositionen annimmt, gekennzeichnet durch berechnendes Bilden einer Fokussierungs-Steuerungsinformation durch Ausführen eines Fuzzy-Schußfolgerungs- Algorithmus, bei dem die Parameter-Steuerungssignale für eine vorbestimmte Zugehörigkeitsfunktion in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Regel ersetzt werden, wobei die Regel in der Weise definiert ist, daß die Differenz der Fokussierung zu einer Scharfeinstellungsbedingung geschätzt wird und die Zugehörigkeitsfunktion vorgesehen ist zur Berechnung des Grads, mit dem die Parametersignale die Regel erfüllen, und daß die Fokussierungs- Steuerungsinformation zur Steuerung der Fokussierung der Kamera verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Vielzahl der Signale aus dem Bildsignal abgeleitet wird, und wobei die Signale in Abhängigkeit vom Fokussierungszustand veränderlich sind und eine unterschiedliche Charakteristik aufweisen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Vielzahl der Signale ein Kantensignal (203) umfaßt, das aus dem Bildsignal herausgegriffen wird und das der Breite eines Kantenbereichs eines durch das Bildsignal dargestellten Objekts entspricht.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Vielzahl der Signale ein Signal (205) umfaßt, das durch Differenzieren des Kantensignals erhalten wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem Fokussierungs-Steuerungsinformation die Änderungsrate der Fokussierung steuert.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Fokussierungs-Steuerungsinformation unter Verwendung einer Zoom-Information und einer Schärfentiefe- Information abgeleitet wird.