JP2006154393A

JP2006154393A - オートフォーカス方法

Info

Publication number: JP2006154393A
Application number: JP2004345815A
Authority: JP
Inventors: Masashi Kubota; 正志久保田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】コントラストではなく、撮影される画像の全体若しくは部分の輝度分布又は色分布を解析することにより、レンズの結像面の距離を制御してオートフォーカスを成立させる方法を提供する。
【解決手段】輝度測定手段又は色濃度測定手段、測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、結像面に電子撮像手段、演算手段を備えたカメラのオートフォーカス方法において、輝度測定手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の輝度又は色濃度を測定し、測定された輝度又は色濃度の分布を解析して得られる分布解析値に基づいてレンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、ファインダーにて取得する画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の輝度分布又は色分布を解析することによってオートフォーカス制御を行うオートフォーカス方法に関するものである。

デジタルカメラ全盛の現代、オートフォーカス機能は、カメラの普及モデルにも採用され、さらに最近では、携帯電話用カメラにも採用されるようになっている。

オートフォーカス制御法は、大きく分けると、オートフォーカスセンサーを用いて制御する電子センサー方式と、得られる画像を画像解析することによって制御する画像解析方式の二種類がある。

特に小型カメラや携帯電話用カメラでは、構造的に簡単になる画像解析方式を採用する場合が多く、画像解析で良く使われている方法としては、コントラスト法で得られた画像の濃度分布を数学的に解析し、その周波数解析を行い、高周波成分のみ出力し、この高周波成分が最も大きくなるようにオートフォーカス駆動装置を制御して、オートフォーカス制御をするものであり、高周波成分が大きいということは、細かな輪郭がはっきりしていることを意味しており、従って焦点状態を判断することができるものである。

以下に、本発明の技術に関連する公知の特許文献を記載する。
特開２００４−１９８６２５号公報特開平６−２５８５６９号公報

しかしながら、コントラスト法は、カメラのファインダーにて取得した画像が、そのカメラのレンズ結像面に鮮明に映し出されることが前提であり、照明等の撮影環境や被写体の状況によっては、被写体自身の画像を鮮明に映し出すことが困難な場合があり、このような場合には、コントラスト法では十分な精度で焦点合わせができなくなる可能性がある。

例えば、非常に光沢が高い被写体の場合には、自然光やフラッシュライトによるライティングが非常に明るいために、画像の一部が飽和してしまうことがある。この場合、被写体自体の像を鮮明することが非常に困難であり、従って、コントラスト法での焦点合わせはやはり困難である。

また、フラッシュライトを使用しなければならないような暗いところでの被写体の画像は、画像を撮る瞬間は、フラッシュライトの瞬間点灯によって撮影に十分な明るさを得ることができるものの、画像を撮る直前のオートフォーカス作業中には、十分な明るさを得ることが困難であり、そのために十分は鮮明さを得ることは困難である。

このようにコントラスト法では、撮影環境や被写体の状態によって、その効力を発揮できたり、できなかったりすることがあり得るものである。

さらに、画像の周波数解析にはフーリエ変換が必要であり、さらに周波数分離にはハイパスフィルターを通す必要があり、また複雑なアルゴリズムを要する。アルゴリズムが複雑であればある程、コスト、小型化、動作速度的に不利である。

本発明の課題は、以上のような問題点を解決するために、コントラストではなく、撮影される画像の全体若しくは部分の輝度分布又は色分布を解析することにより、レンズの結像面の距離を制御してオートフォーカスを成立させる方法を提供するものである。

本発明の請求項１に係る発明は、少なくとも輝度測定手段、測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、演算手段を備えたカメラのオートフォーカス方法において、輝度測定手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の輝度を測定し、測定された輝度の輝度分布を解析して得られる輝度分布解析値に基づいてレンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うことを特徴とするオートフォーカス方法である。

本発明の請求項２に係る発明は、少なくとも測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、結像面に電子撮像手段、演算手段を備えたカメラのオートフォーカス方法において、電子撮像手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の輝度を測定し、測定された輝度の輝度分布を解析して得られる輝度分布解析値に基づいてレンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うことを特徴とするオートフォーカス方法である。

本発明の請求項３に係る発明は、少なくとも輝度測定手段、測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、結像面に電子撮像手段、演算手段を備えたカメラのオートフォーカス方法において、輝度測定手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の輝度を測定し、測定された輝度の輝度分布を解析して得られる輝度分布解析値に基づいてレンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うことを特徴とするオートフォーカス方法である。

本発明の請求項４に係る発明は、少なくとも色濃度測定手段、測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、演算手段を備えたカメラのオートフォーカス方法において、色濃度測定手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の色濃度を測定し、測定された色濃度の色濃度分布を解析して得られる色濃度分布解析値に基づいて、レンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うことを特徴とするオートフォーカス方法である。

本発明の請求項５に係る発明は、少なくとも測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、結像面に電子撮像手段、演算手段を備えたカメラのオートフォーカス方法において、電子撮像手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の色濃度を測定し、測定された色濃度の色濃度分布を解析して得られる色濃度分布解析値に基づいて、レンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うことを特徴とするオートフォーカス方法である。

本発明の請求項６に係る発明は、少なくとも色濃度測定手段、測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、結像面に電子撮像手段、演算手段を備えたカメラのオートフォーカス方法において、色濃度測定手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の色濃度を測定し、測定された色濃度の色濃度分布を解析して得られる色濃度分布解析値に基づいて、レンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うことを特徴とするオートフォーカス方法である。

本発明の請求項１に係るオートフォーカス方法は、結像面に感光性フィルムを用いたカメラにおけるオートフォーカス方法であって、カメラは、少なくとも輝度測定手段、測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、演算手段を備えており、前記輝度測定手段により、ファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の輝度を測定した後、測定された輝度の輝度分布を演算手段にて解析して得られる輝度分布解析値に基づいて、前記レンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うものである。

本発明の請求項２に係るオートフォーカス方法は、結像面に電子撮像手段を用いたデジタルカメラにおけるオートフォーカス方法であって、カメラは、少なくとも測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、結像面に電子撮像手段、演算手段を備えており、前記電子撮像手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の輝度を測定した後、測定された輝度の輝度分布を演算手段にて解析して得られる輝度分布解析値に基づいて、前記レンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うものである。

本発明の請求項３に係るオートフォーカス方法は、結像面に電子撮像手段を用いたデジタルカメラにおけるオートフォーカス方法であって、カメラは、少なくとも輝度測定手段、測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、結像面に電子撮像手段、演算手段を備えており、前記輝度測定手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の輝度を測定した後、測定された輝度の輝度分布を演算手段にて解析して得られる輝度分布解析値に基づいて、前記レンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うものである。

本発明の上記請求項１乃至３に係るオートフォーカス方法を以下に詳細に説明すれば、図１は、カメラにて被写体Ｈを撮影して得られた撮影画像Ｓの一例を示し、図１（ａ）は撮影された被写体Ｈの平面図としての撮影画像Ｓであり、図１（ｂ）は撮影された被写体ＨのＭ−Ｍ側断面図である。

被写体Ｈは、例えば、図１（ａ）〜（ｂ）に示すように、同一ピッチの平行なエッジライン部Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 ・・・を頂点として、それ以外の部分には同一傾斜角度にて傾斜する各々傾斜面部Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 ・・・を備えた鋸歯状面を上面に備えているものである。なお、本発明においては、被写体Ｈを特に限定するものではなく、また、上記のような形状、構造の被写体に限定されるものでもない。

図１（ａ）に示すように、被写体Ｈの各々エッジライン部Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 ・・・がある鋸歯状面上より撮影して得られる該被写体Ｈの撮影画像Ｓには、各々エッジライン部Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 ・・・に沿って、高輝度の輝線Ｋが得られている。

この被写体Ｈを、カメラを用いて、それぞれ所定の被写体距離（例えば、被写体Ｈの上面（エッジライン部の高さ位置）からカメラの対物レンズまでの距離）を適宜に変化させて撮影して、それぞれ被写体距離（単位；μｍ）における各々撮影画像Ｓ（例えば、１１枚の画像Ｓ）を得る。

このようにして得られた各々撮影画像Ｓ毎の画像全体（又はある特定の画像部分）の輝度、即ち、カメラに備えたピクセル数（ピクセル数Ｐ_X＝（ピクセル行数ｐ_a）×（ピクセル桁数ｐ_b）の輝度測定手段又は撮像手段の各１ピクセル毎の位置における輝度（各々エッジライン部Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 ・・・の画像の輝度と、各々エッジライン部Ｌ1 、Ｌ2
、Ｌ3 ・・・以外の各々傾斜面部Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 ・・・の画像の輝度）を、前記輝度測定手段又は前記撮像手段にて測定する。

この場合、輝度測定手段は、カメラ結像面と同等の光学結像面に縦横方向に所定数のピクセルを配列したエリア型ＣＣＤフォトセンサー等の撮像素子を配置し、デジタルカメラに使用する撮像手段は、カメラ結像面に縦横方向に所定数のピクセルを配列したエリア型ＣＣＤフォトセンサー等の撮像素子を配置する。

そして、このようにして測定して得られた異なる被写体距離において撮影された各々撮影画像Ｓの画像全体（又はある特定の画像部分）の固有の輝度を輝度分布である標準偏差値（σ）として所定の演算プログラムとアルゴリズムに基づいてカメラの演算手段により演算して求めるものである。

そして、このようにして求められた各々異なる被写体距離において撮影された各々撮影画像Ｓの固有の輝度分布（輝度の標準偏差値）について、図３に示すように、横軸を各々撮影画像Ｓの被写体距離（μｍ）、縦軸を各々撮影画像Ｓの輝度分布である輝度の標準偏差値（σ）として、被写体距離と輝度の標準偏差値との関係を示す輝度分布の標準偏差値のグラフを作成した後、このグラフから被写体距離と輝度分布との関係を解析するものである。

そして、図１に示すようなデジタルカメラにて、それぞれ異なる被写体距離（撮影距離とも云う）にて撮影された各々撮影画像Ｓの画像全体（又はある特定の画像部分）のフォーカシング状態（ピント状態、鮮明さ状態等）と、図３に示す輝度分布の標準偏差値を示すグラフとを比較照合した場合に、図３に示す標準偏差値（σ）が極大付近となる被写体距離にて撮影された撮影画像Ｓが最もフォーカシング状態（ピント状態、鮮明さ状態等）の良好な画像となる。

このように輝度分布の解析によって、輝度の標準偏差値が極大付近となる画像が最もフォーカシング状態（ピント状態、鮮明さ状態等）の良好な画像として撮影されるものであり、所謂、カメラ焦点位置において輝度の標準偏差値が最大となることが判明した。

このことから、撮影する際に、カメラにて測定、演算された輝度分布を表す輝度の標準偏差値が極大（又は極大付近）となる被写体距離にカメラのレンズをレンズ移動手段により移動させることにより、焦点の合った撮影画像を得ることができるものであり、輝度分布解析値に基づいて、輝度の標準偏差値を制御変数として選択することにより自動焦点合わせが可能となるものであり、オートフォーカスが実現されるものである。

本発明の請求項４乃至６に係るオートフォーカス方法を以下に詳細に説明すれば、上記のオートフォーカス方法と同様にして、被写体Ｈを、デジタルカメラを用いて、それぞれ所定の被写体距離（例えば、被写体Ｈの上面（エッジライン部の高さ位置）からカメラの対物レンズまでの距離）を適宜に変化させて撮影して、それぞれ被写体距離（単位；μｍ）における各々撮影画像Ｓ（例えば、１１枚の画像Ｓ）を得る。

このようにして得られた各々撮影画像Ｓ毎の画像全体（又はある特定の画像部分）のＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂｕ（ブルー）に代表される構成色の色濃度、即ち、ピクセル数（ピクセル数Ｐ_X＝（ピクセル行数ｐ_a）×（ピクセル桁数ｐ_b））の色濃度測定手段又は撮像手段の各１ピクセル毎の位置における色濃度（例えば、各々エッジライン部Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 ・・・の画像の色濃度と、各々エッジライン部Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 ・・・以外の各々傾斜面部Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 ・・・の画像の色濃度）を測定する。

そして、このようにして測定して得られた異なる被写体距離において撮影された各々撮影画像Ｓの画像全体（又はある特定の画像部分）の固有の色濃度分布を色濃度の標準偏差値（σ）として、所定の演算プログラムとアルゴリズムに基づいて演算手段により演算して求めるものである。

そして、このようにして求められた各々異なる被写体距離において撮影された各々撮影画像Ｓの固有の色濃度分布（色濃度の標準偏差値）について、図３に示すグラフと同様にして、横軸を各々撮影画像Ｓの被写体距離（μｍ）、縦軸を各々撮影画像Ｓの色濃度分布である色濃度の標準偏差値（σ）として、被写体距離と色濃度の標準偏差値との関係を示す色濃度分布の標準偏差値のグラフを作成した後、このグラフから被写体距離と色濃度分布との関係を解析するものである。

そして、図１に示すようなデジタルカメラにてそれぞれ異なる被写体距離（撮影距離とも云う）にて撮影された各々撮影画像Ｓの画像全体（又はある特定の画像部分）のフォーカシング状態（ピント状態、鮮明さ状態等）と、図３に示すグラフと同様にして作成された色濃度分布の標準偏差値を示すグラフ（図示せず）とを比較照合した場合に、図３に示すグラフと同様にして作成されたグラフに示す色濃度の標準偏差値（σ）が極大付近となる被写体距離にて撮影された撮影画像Ｓが最もフォーカシング状態（ピント状態、鮮明さ状態等）が良好な画像となる。

このように色濃度分布の解析によって、色濃度の標準偏差値が極大付近となる画像が最もフォーカシング状態（ピント状態、鮮明さ状態等）の良好な画像として撮影されるものであり、所謂、カメラ焦点位置において、色濃度の標準偏差値が最大となることが判明した。

このことから、撮影する際に、カメラにて測定、演算された色濃度分布を表す色濃度の標準偏差値が極大（又は極大付近）となる被写体距離にカメラのレンズをレンズ移動手段により移動させることにより、焦点の合った撮影画像を得ることができるものであり、色濃度分布解析値に基づいて、色濃度の標準偏差値を制御変数として選択することにより自動焦点合わせが可能となるものであり、オートフォーカスが実現されるものである。

なお、撮影画像Ｓの輝度分布や色濃度分布をみると、ピントが合っている状態で撮った画像と、ピントが合っていない状態で撮った画像とでは、その分布に差があり、合っていない状態の方が、裾を引く分布となる傾向にある。

撮影される画像の輝度分布や色濃度分布の構成点数（カメラの結像面にある撮影に関わる撮像素子のピクセル数に相当）は、撮影条件に関わらず同じはずであり、また分布のピーク高さも殆ど差が出ないことから、フォーカスが合っていない画像の分布は、合っている画像に比較して細くなっている。

この傾向はフォーカスが外れるに連れて大きくなって行き、従って、分布の標準偏差を比べると、フォーカスからずれるに従って小さくなって行くので、標準偏差値を制御変数として選べば、オートフォーカス制御が可能となるものである。

（ａ）は本発明のオートフォーカス方法の実施の形態を説明する被写体の平面図としての撮影画像、（ｂ）はそのＭ−Ｍ側断面図。本発明のオートフォーカス方法の実施の形態を説明するグラフ。

符号の説明

Ｈ…被写体
Ｓ…撮影画像
Ｋ…輝線
Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 、・・・…エッジライン部Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、・・・…傾斜面部

Claims

少なくとも輝度測定手段、測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、演算手段を備えたカメラのオートフォーカス方法において、輝度測定手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の輝度を測定し、測定された輝度の輝度分布を解析して得られる輝度分布解析値に基づいてレンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うことを特徴とするオートフォーカス方法。
少なくとも測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、結像面に電子撮像手段、演算手段を備えたカメラのオートフォーカス方法において、電子撮像手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の輝度を測定し、測定された輝度の輝度分布を解析して得られる輝度分布解析値に基づいてレンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うことを特徴とするオートフォーカス方法。
少なくとも輝度測定手段、測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、結像面に電子撮像手段、演算手段を備えたカメラのオートフォーカス方法において、輝度測定手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の輝度を測定し、測定された輝度の輝度分布を解析して得られる輝度分布解析値に基づいてレンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うことを特徴とするオートフォーカス方法。
少なくとも色濃度測定手段、測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、演算手段を備えたカメラのオートフォーカス方法において、色濃度測定手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の色濃度を測定し、測定された色濃度の色濃度分布を解析して得られる色濃度分布解析値に基づいて、レンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うことを特徴とするオートフォーカス方法。
少なくとも測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、結像面に電子撮像手段、演算手段を備えたカメラのオートフォーカス方法において、電子撮像手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の色濃度を測定し、測定された色濃度の色濃度分布を解析して得られる色濃度分布解析値に基づいて、レンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うことを特徴とするオートフォーカス方法。
少なくとも色濃度測定手段、測光手段、結像面に対するレンズの結像距離を調整するレンズ移動駆動手段、結像面に電子撮像手段、演算手段を備えたカメラのオートフォーカス方法において、色濃度測定手段によりファインダー取得画像の全体画像若しくは取得画像の一個所以上の部分的画像の色濃度を測定し、測定された色濃度の色濃度分布を解析して得られる色濃度分布解析値に基づいて、レンズ移動駆動手段のフォーカス制御を行うことを特徴とするオートフォーカス方法。