JP2005345947A - 自動合焦装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 画像信号に基づいて合焦制御を行う自動合焦装置において、AF評価値から、現在の撮影レンズ位置と合焦位置までのディフォーカス量を演算でもとめ、合焦位置まで高速に撮影レンズを移動することにより、高速な合焦動作が可能な自動合焦装置を提供する事。
【解決手段】 映像信号から該映像信号の高域成分を検出して第1の検出結果を出力する第1の検出手段と、該第1の検出手段の出力を被写体への依存度が低い正規化情報に変換する情報変換手段と、撮影レンズの実効絞り値を示す第1の情報を係数とし、該係数を前記情報変換手段の出力で除した結果の平方根により予定合焦位置とのディフォーカス量を求めるディフォーカス量演算手段と、該ディフォーカス量演算手段により求められたディフォーカス量に基づき撮像装置と焦点制御を行う制御手段とを備える。
【選択図】 図1
【解決手段】 映像信号から該映像信号の高域成分を検出して第1の検出結果を出力する第1の検出手段と、該第1の検出手段の出力を被写体への依存度が低い正規化情報に変換する情報変換手段と、撮影レンズの実効絞り値を示す第1の情報を係数とし、該係数を前記情報変換手段の出力で除した結果の平方根により予定合焦位置とのディフォーカス量を求めるディフォーカス量演算手段と、該ディフォーカス量演算手段により求められたディフォーカス量に基づき撮像装置と焦点制御を行う制御手段とを備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は画像信号の高周波成分を用いて合焦動作を行うオートフォーカス装置に関するものである。
従来、画像信号の高周波成分を用いて合焦動作を行うオートフォーカス装置にあっては、画像信号より、領域を指定して画像の取り出し、バンドパスなどのフィルタリング処理を行い、その信号の高周波成分を取り出し、この信号(以降AF評価値と称す)が最大となるところを合焦位置としてオートフォーカス動作を行っている。
この方式は合焦検出用の専用のセンサーや光学系を必要としないのでコストやスペース上有利な方式であり、なおかつ撮像用のセンサーを用いて合焦検出動作を行うことから、合焦精度も高く、ビデオカメラなどでは広く用いられている。
このAF評価値の一般的な特性に関して図9および図10を用いて説明する。
図9および図10はAF評価値およびAF領域内の輝度差を示すグラフであり、図9は反射率が90:2の高コントラストのエッジチャートを用いた場合のグラフであり、図10は反射率が90:80の低コントラストのエッジチャートを用いた場合のグラフである。
同図において横軸はディフォーカス量、左縦軸は評価値、右横軸はAF領域内輝度差の最大値であり、(A)はAF評価値、(B)はAF領域内の最大輝度差を表す。
AF評価値(A)は横軸のディフォーカス量が0すなわち最もピントが合った状態で最大値を示す。
一方AF領域内の輝度差(B)はディフォーカス量が大きい領域ではチャートの高輝度部分と低輝度部分が交じり合うので輝度差が小さくなり、ディフォーカス量が小さくなるにつれて像がシャープになっていくので輝度差が大きくなり、最もピントが合った状態で最大値を示す。
これらのグラフに示す様にAF評価値は被写体のコントラストによって異なるので、AF評価値の絶対値のみを用いて合焦近傍にあるか判断する事ができない。
しかしながら、これらの図のAF評価値(A)と輝度差(B)の相関関係に着目し、AF評価値(A)を輝度差(B)で割ることにより被写体のコントラストによらず略一定の評価値が得られる事が特開平06−268896号公報により開示されている。
図11および図12は図9および図10のAF評価値(A)を輝度差(B)で割った正規化AF評価値をしめしている。これらの図に示す様にAF評価値を輝度差で割ることにより合焦近傍では、被写体のコントラストによらず略一定のAF評価値を得る事ができる。
したがって、このAF評価値の正規化処理で、AF評価値の絶対値のみを用いて略合焦近傍にあるか判断する事ができるようになった。
しかしながら、合焦位置を求めるには、やはり撮影レンズを移動させて、AF表価値の最大値となる点を合焦位置としなければならないが、これらのAF評価値をガウス関数に近似させて、概略のディフォーカス量を求める方式がNHK技研報告第7巻第1号第86号「山登りサーボ方式によるテレビカメラの自動合焦調整」に報告開示されている。またそれを応用した発明が、特開平5−308555号公報に開示されている。
しかしながら上記従来の方式は、合焦近傍0.3mm程度の領域では、比較的良くマッチングするが、それより離れた領域ではガウス関数での近似結果がほとんど0となる為に、非常にマッチングが悪くなってしまっていた。
本発明は上記に鑑みなされたもので、本発明の目的は、画像信号に基づいて合焦制御を行う自動合焦装置において、AF評価値から、現在の撮影レンズ位置と合焦位置までのディフォーカス量を演算でもとめ、合焦位置まで高速に撮影レンズを移動することにより、高速な合焦動作が可能な自動合焦装置を提供する事である。
上記目的を達成するために本発明では、映像信号から該映像信号の高域成分を検出して第1の検出結果を出力する第1の検出手段と、該第1の検出手段の出力を被写体への依存度が低い正規化情報に変換する情報変換手段と、撮影レンズの実効絞り値を示す第1の情報を係数とし、該係数を前記情報変換手段の出力で除した結果の平方根により予定合焦位置とのディフォーカス量を求めるディフォーカス量演算手段と、該ディフォーカス量演算手段により求められたディフォーカス量に基づき撮像装置と焦点制御を行う制御手段とを備えた事を特徴とする。
また、前記情報変換手段は、映像信号から該映像信号のコントラストを検出して第2の検出結果を出力する第2の検出手段をもち、前記第1の検出手段の出力を前記第2の検出手段で除することにより、被写体に依存度が低い正規化情報に変換する事を特徴とする。
さらに前記撮影レンズの実効絞り値を示す第1の情報の係数は、撮影レンズの実効絞り値の自乗に比例する事を特徴とする。
(作用)
これにより合焦位置から遠い位置に撮影レンズがいる場合でも、高速な合焦動作が可能な自動合焦装置を実現する事ができる。
これにより合焦位置から遠い位置に撮影レンズがいる場合でも、高速な合焦動作が可能な自動合焦装置を実現する事ができる。
以上説明した様に本発明によれば、映像信号から該映像信号の高域成分を検出して第1の検出結果を出力する第1の検出手段と、該第1の検出手段の出力を被写体への依存度が低い正規化情報に変換する情報変換手段と、撮影レンズの実効絞り値を示す第1の情報を係数とし、該係数を前記情報変換手段の出力で除した結果の平方根により予定合焦位置とのディフォーカス量を求めるディフォーカス量演算手段と、該ディフォーカス量演算手段により求められたディフォーカス量に基づき撮像装置を焦点制御を行う制御手段とを備えた事により、高速に合焦動作を行うことが可能になった。
(第1の実施形態)
以下図面を参照して本発明の第1の実施形態の詳細を説明する。
以下図面を参照して本発明の第1の実施形態の詳細を説明する。
図1は本発明を電子カメラに適用して実施したカメラシステムの全体の構成を示すブロック図である。同図において、1は撮影レンズ、2は光量を調節する絞り、3は撮像素子であるCCD、4はCCDの画像信号を増幅するアンプ、5は撮像素子3の画像出力をデジタルデータに変換するA/Dコンバータ、6はデジタル化された画像信号から、領域を指定してAF評価値を演算したり、各画素情報から色合成を行い、ガンマ処理などを行った後に圧縮画像を作成する画像信号処理回路であり、7は画像信号処理回路の出力を、LCDモニタ8に表示するためのLCD駆動回路であり、8はモニタ用のLCDである。
9は撮像レンズ1を光軸方向に駆動し、フォーカシングする為のフォーカシングモータであり、10はフォーカシングモータ9を駆動するための駆動回路であり、11は絞り2を駆動するための絞り駆動モータであり、12は絞り駆動モータ11を駆動するための駆動回路である。なお、本例ではフォーカシングモータおよび絞り駆動モータはステッピングモータで構成しているので、初期位置出しを行えば、フォーカシングレンズの位置または絞りの位置は絶対位置として管理できる。13は撮像素子であるCCD3を駆動するためのCCD駆動回路であり、14は撮像した画像を保存するためのメモリである。15はAF動作および全体の動作を制御するマイコンである。16はレンズ位置検知SWであり、17は至近端パターン、18は無限端パターンであり、レンズの位置決めとともに範囲外への移動を抑制する。
次に図2は画像信号処理回路6の中のAF評価信号の生成部を示すブロック図である。同図に於いて61はゲート回路、62は全画像信号の中からAF領域として設定された領域の画像信号を取り出す為のタイミングジェネレータ、63は公知のデジタルローパスフィルタ、64は公知のハイパスフィルタで、シフトレジスタによるディレイ回路65と減算回路66から構成される。67は公知の絶対値回路で、68は画像信号1ライン中の中から生成されたAF評価値の最大値ホールド回路で、69は画像信号1ライン中の最大輝度ホールド回路で、70は画像信号1ライン中の最小輝度ホールド回路で、71は画像信号の中のAF演算エリアの各ラインの評価値最大値、最大輝度、最小輝度を保存するAFメモリであり、保存された情報をマイコン15に出力する。
次に図3および図4を用いて撮像素子3のAF領域を説明する。
図3の20は撮像素子3の全撮像領域で、21はAF領域を示す。この領域は大きさ、位置を限定する必要はないが、あまり広くすると小さい被写体で背景に引かれやすくなるので、本実施例では全画面の中心の、上下左右ともに全画面サイズのそれぞれ1/4程度の領域をAF領域にしている。
図4は図3のAF領域21を拡大して示したものであり、所定の画素サイズで2次元に構成されており、本例では横方向1ライン毎にAF処理を行っている。
この撮像素子の出力は、センサーの一番上のラインの左側の画素からアンプ4で増幅されてA/Dコンバータ5でデジタル信号に変換された後に画像信号処理回路の中のA/D入力端子信号からゲート回路60に入力される。この際タイミングジェネレータ61は画面のAF領域を指定して、必要な領域になるとゲート回路60を開き後方のローパスフィルター63に画像信号を伝達する。そして1ラインのAF領域の取り込みが終わると、再びゲート回路60を閉じて、AF評価値最大値ホールド回路68、最大輝度ホールド回路69、最小輝度ホールド回路70のホールドされた各データをAFメモリ71に転送させる。したがってAFメモリ71にはAF領域の各ラインのAF評価値最大値、最大輝度、最小輝度が保存される。
次に図5を用いてAF評価値からディフォーカス量を求めるディフォーカスモデルに関して、簡略化する為に点光源をモデルとして説明する。
同図において、(A)はAF評価値、(L)は撮影レンズ、(S1)から(S4)は各位置での光束、(B0)から(B4)は各位置での像面輝度を示す。
合焦位置からのディフォーカス量=defの時の光束(S1)はdの直径を持っている。そのときの照度は(B1)で示す様にEの値を持つ。
ここで、レンズ面での照度をE0とした場合に照度Eは以下の式で導きだせる。
E=E0×S0/S …(1)
(S0:撮影レンズ(L)の面積、S:光束の面積)
次にSは以下の式で表せる。
(S0:撮影レンズ(L)の面積、S:光束の面積)
次にSは以下の式で表せる。
S=π×(d/2)^2 …(2)
また光束の直径は以下の式で表せる。
また光束の直径は以下の式で表せる。
d=def/FNo …(3)
(FNo:レンズの口径比)
したがって
S=π×def^2/(4×FNo^2) …(4)
したがって照度Eは
E=E0×4×FNo^2/(π×def^2) …(5)
一方AF評価値eAFは隣り合った画素の差の最大値であるので、すなわち照度Eそのものであるので、
eAF=E=E0×4×FNo^2/(π×def^2) …(6)
=k×FNo^2/def^2 …(7)
であらわせる。すなわち、FNoの2乗に比例して、ディフォーカスの−2乗に比例する事が導き出せる。
(FNo:レンズの口径比)
したがって
S=π×def^2/(4×FNo^2) …(4)
したがって照度Eは
E=E0×4×FNo^2/(π×def^2) …(5)
一方AF評価値eAFは隣り合った画素の差の最大値であるので、すなわち照度Eそのものであるので、
eAF=E=E0×4×FNo^2/(π×def^2) …(6)
=k×FNo^2/def^2 …(7)
であらわせる。すなわち、FNoの2乗に比例して、ディフォーカスの−2乗に比例する事が導き出せる。
したがって
def=±√(k×FNo^2/eAF) …(8)
で求める事ができる。
def=±√(k×FNo^2/eAF) …(8)
で求める事ができる。
次に図6は実測のAF評価値(A)と、前記(6)式から導きだしたディフォーカスに対するAF評価値(B)と公知のガウス関数により導き出したAF評価値(C)をグラフにしたものである。このように、(6)式で導き出したAF評価値は実測値に対して良くマッチする結果が得られる。
次に図7および図8はマイコン15にプログラムされたAF制御フローのフローチャートを示す。
不図示のAF開始ボタンをオンすると、AFの初期化処理として、各メモリデータを初期化する(S101)。至近端SW16および無限端SW17を読み込み、レンズが至近端に行き当たっていたらS103に分岐し、無限端に突き当たっていたらS104に分岐し、突き当たり状態でなければS107に分岐する(S102)。至近端に突き当たった場合は、フォーカシング駆動中の場合はフォーカシングモータの駆動を停止し、モータの駆動方向を無限方向に変更するとともに、駆動方向反転回数のカウンターである反転カウントを1増加する(S103)。無限端に突き当たった場合は、フォーカシングモータ駆動中の場合はフォーカシングモータの駆動を停止し、モータの駆動方向を至近方向に変更するとともに、駆動方向反転回数のカウンターである反転カウントを1増加する(S104)。無限端に突き当たった場合で、反転回数が2回以上の場合は、AF動作を終了させるためにS106に進み、2回未満の場合はS107に進む(S105)。反転回数が2回以上の場合、すなわち至近方向から無限方向に全域サーチしても合焦できない場合は、モニタ用LCD8に合焦不能表示を出してAF動作を終了する(S106)。
一方AF動作を続行する場合は、画像信号処理回路6のAFメモリ70からAF領域全ラインの最大評価値、最大輝度、最小輝度を読み込む(S107)。次に各ライン毎にAF評価値最大値を最大輝度と最小輝度の差で割りAF正規化処理を行い、演算された各ラインの正規化評価値を加算し、AFエリアの画素ライン数で割ったものを今回の正規化評価値とする。(S108)。
次に、AF評価値の正規化処理が終わると、AF処理回数カウントであるAFカウントを1増加させる(S109)。
AFカウントが2回未満の場合すなわちAF処理をまだ1回しかしていない場合は、AF評価値の比較ができないのでS120に分岐し、2回以上の場合はS111に分岐する(S110)。
今回の正規化評価値とMAX評価値を比較し、今回のAF評価値のほうが大きい場合はS112に分岐し、小さい場合はS114に分岐する(S112)。今回の正規化評価値をMAX評価値として保存し、そのときのレンズ位置をMAXレンズ位置として保存する。なお、前述した様に本実施例ではフォーカシングモータをステッピングモータで構成したので、電源投入時に無限端SWに突き当たるまで駆動して初期位置決めをすれば、以降レンズの絶対位置はステッピングモータの駆動ステップ数として表せるので、この駆動ステップをフォーカシングレンズの位置として記憶する(S113)。評価値増加カウントが所定値nMAX未満であればS115に分岐し、nMAX以上であればS116に分岐する(S114)。評価値増加カウントを1増加する(S115)。評価値減少カウントが0より大きければS116に分岐し、0以上であればS118に分岐する(S116)。評価値減少カウントを1減少する(S117)。
S108で求めた正規化評価値が合焦近傍であることを示す所定値TH1以上であれば、AFモードを合焦近傍モードにする(S119)。
次に前述した様にAF評価値より以下の式でディフォーカス量defを演算する。
def=±√(k×FNo^2/eAF)
このときの符号は、AF評価値が増加している場合は+の符号を取る。
このときの符号は、AF評価値が増加している場合は+の符号を取る。
減少している場合は−の符号を取る(S120)。
S120で求めたディフォーカス量に基づいてレンズの駆動量を算出するわけであるが、AF評価値の誤差要因を考えて合焦手前に持っていく方が安全であるため、実際のレンズ駆動量はS120で求めた駆動量の90%程度にする。
S120で求めたレンズ駆動量に基づき、フォーカスレンズを合焦手前位置にジャンプ駆動を行いS102に戻る(S221)。
一方合焦位置へのジャンプ駆動を行わない場合は、正規化評価値に応じて駆動速度を決定する。すなわち評価値が小さい場合は合焦より遠いので早く合焦させるために、画像取り込み間の駆動速度を早く、評価値が大きい場合は合焦近傍であるので、精度良く合焦させるために駆動速度を遅くする(S122)。
設定された駆動速度にしたがってフォーカシングモータ9の駆動速度制御を行いステップ102に戻り合焦するまでこの動作を繰り返す(S123)。
次にステップ111からの分岐で今回の評価値が前回の評価値より減少した場合の処理を説明する。評価値減少カウントが所定値nMINよりも小さければS125に分岐し、nMIN以上であればS126に分岐する(S124)。評価値減少カウントを1増加する(S125)。評価値増加カウントが0より大きければS127に分岐し0以下であればS128に分岐する(S126)。
評価値増加カウントを1減少させる(S127)。
AFモードがサーチモードの場合はS129に分岐し、AFモードが合焦近傍モードの時はS131に分岐する(S128)。評価値減少カウントは所定値TH3以上の場合はS130に分岐し、TH3より小さい場合はS122に分岐し、通常の駆動処理を繰り返す(S129)。所定回数TH3以上評価値が減少した場合は、合焦方向から遠ざかっているのでフォーカシングの方向を反転するために、駆動中のモータを停止させて、駆動方向を逆方向に設定し、評価値減少カウントと評価値増加カウントを0にリセットする(S130)。一方S128からの分岐でAFモードが合焦近傍モードの場合は評価値減少カウントが所定値TH2以上の場合、すなわち所定回数評価値が減少すれば、ピントのピークを確実に通り越した事になるので、S132に分岐し、所定値TH2以下の場合はS122に分岐し、通常の駆動処理を繰り返す(S131)。
合焦位置への駆動の為のために、現在のフォーカス位置とS113で記憶した評価値最大時のフォーカス位置の差をフォーカス駆動量として求める(S132)。
フォーカス駆動を停止、駆動方向を反転してS132で求めたフォーカス駆動量でフォーカス駆動を行う(S133)。液晶モニタ8に合焦表示を出して、AF動作を終了する(S134)。
以上の動作を実行することにより、高速かつ確実に被写体にピントを合わせる事ができる。
また、本実施例ではS120でAF評価値より求めたディフォーカス量そのもので、合焦位置への駆動は行っておらず、合焦位置手前にジャンプ駆動を行い、最終的なピント位置はAF評価値のピークを見つける事により行っているが、これは前述したように、さまざまな被写体を見た場合のAF評価値のばらつきを考慮したものであるが、従来のレンズを移動しながらAF評価値のピークを探す方法にたいしては、合焦位置に至るまでに大幅な合焦時間の短縮をなしえるものである。
1 撮像レンズ
2 絞り
3 撮像素子
4 アンプ
5 A/Dコンバータ
6 画像信号処理回路
7 CCD駆動回路
8 モニタ液晶
9,11 モータ
15 マイコン
2 絞り
3 撮像素子
4 アンプ
5 A/Dコンバータ
6 画像信号処理回路
7 CCD駆動回路
8 モニタ液晶
9,11 モータ
15 マイコン
Claims (3)
- 映像信号から該映像信号の高域成分を検出して第1の検出結果を出力する第1の検出手段と、
該第1の検出手段の出力を被写体への依存度が低い正規化情報に変換する情報変換手段と、撮影レンズの実効絞り値を示す第1の情報を係数とし、該係数を前記情報変換手段の出力で除した結果の平方根により予定合焦位置とのディフォーカス量を求めるディフォーカス量演算手段と、
該ディフォーカス量演算手段により求められたディフォーカス量に基づき撮像装置と焦点制御を行う制御手段とを備えた事を特徴とする自動合焦制御装置。 - 前記情報変換手段は、映像信号から該映像信号のコントラストを検出して第2の検出結果を出力する第2の検出手段をもち、前記第1の検出手段の出力を前記第2の検出手段で除することにより、被写体に依存度が低い正規化情報に変換する事を特徴とする請求項1記載の自動合焦装置。
- 前記撮影レンズの実効絞り値を示す第1の情報の係数は、撮影レンズの実効絞り値の自乗に比例する事を特徴とする請求項1記載の自動制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004168317A JP2005345947A (ja) | 2004-06-07 | 2004-06-07 | 自動合焦装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004168317A JP2005345947A (ja) | 2004-06-07 | 2004-06-07 | 自動合焦装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005345947A true JP2005345947A (ja) | 2005-12-15 |
Family
ID=35498367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004168317A Withdrawn JP2005345947A (ja) | 2004-06-07 | 2004-06-07 | 自動合焦装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005345947A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011175119A (ja) * | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Olympus Imaging Corp | 撮像装置及び自動焦点調節方法 |
JP2012159798A (ja) * | 2011-02-02 | 2012-08-23 | Canon Inc | 撮像装置、焦点調整方法、プログラム |
-
2004
- 2004-06-07 JP JP2004168317A patent/JP2005345947A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012159798A (ja) * | 2011-02-02 | 2012-08-23 | Canon Inc | 撮像装置、焦点調整方法、プログラム |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070807 |